DE102009049232A1

DE102009049232A1 - Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009049232A1
Application number: DE102009049232A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kariya-city Yoshinori; Yasumitsu Kariya-city Oomi; Hitoshi Kariya-city Ninomiya; Masamichi Kariya-city Makihara; Kouji Kariya-city Mori; Yoshimitsu Kariya-city Inoue
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-08-19
Also published as: US20100100266A1; JP2010119282A

Abstract

Ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug umfasst eine Schaltstromversorgungsvorrichtung (111), ein elektronisches Element (21, 109, 110), das aufgebaut ist, um eine von der Schaltstromversorgungsvorrichtung eingestellte elektrische Leistung auszugeben, und eine Steuervorrichtung (120), die aufgebaut ist, um den Betrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung zu steuern. Wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von wenigstens einer der Vorrichtungen empfängt, die eine zum Antreiben des Fahrzeugs verwendete Antriebsvorrichtung und eine zum Durchführen einer Klimatisierung in einem Fahrzeugraum verwendete Klimatisierungsvorrichtung umfassen, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in einem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, in dem von dem elektronischen Element erzeugte Wärme stärker erhöht wird als in einem allgemeinen Betriebszustand, und liefert die erzeugte Wärme an die Antriebsvorrichtung und/oder die Klimatisierungsvorrichtung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmemanagementsystem, das in einem Fahrzeug erzeugte Wärme effektiv zum Heizen verwenden kann.
Hintergrund der Erfindung
Ein Heizungssystem für ein Fahrzeug ist zum Beispiel in JP 2004-265771A oder JP-7-94202A bekannt. In dem in JP 2004-265771A oder JP-7-94202A beschriebenen Heizungssystem wird eine Heizung einer Brennstoffzelle für ein Fahrzeug durchgeführt, um den Energieerzeugungswirkungsgrad zur Startzeit der Brennstoffzelle zu verbessern.
Das Heizungssystem von JP 2004-265771A ist mit einem Zirkulationskreis versehen, durch den Kühlmittel im Inneren der Brennstoffzelle strömt. Wenn die Temperatur der Brennstoffzelle niedriger als 20°C ist, wird die Brennstoffzelle intermittierend betrieben, um elektrische Leistung zu erzeugen, und die elektrische Heizung wird durch die erzeugte elektrische Leistung betrieben, um das Kühlmittel zu heizen, wodurch die Temperatur der Brennstoffzelle erhöht wird.
In dem in JP 7-94202A beschriebenen Heizungssystem ist ein Kühlmittelkreis, in dem Kühlmittel zirkuliert, zum Heizen oder Kühlen der Brennstoffzelle bereitgestellt, und eine Heizung, die sich in einem Wasserspeicherbehälter des Kühlmittelkreises befindet, wird eingeschaltet, um das Heizen der Brennstoffzelle zu erleichtern.
In einem Brennstoffzellenfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug ist eine spezielle elektrische Heizung, wie vorstehend beschrieben, angepasst, um eine Wärmequelle zum Heizen eines Fahrzeugraums sicherzustellen. Daher ist ein Montageraum für die spezielle elektrische Heizung in dem Brennstoffzellenfahrzeug oder dem elektrischen Fahrzeug notwendig, und die Kosten werden aufgrund dieser speziellen elektrischen Heizung auch erhöht.
Ferner wird in einem Hybridfahrzeug ein Motor betrieben, um das Heizen des Fahrzeugraums sicherzustellen.
Folglich wird in dem herkömmlichen Heizungssystem der Brennstoffverbrauch verschlechtert, wodurch die Kosten erhöht werden. Insbesondere da die Leistung einer Batterie zum Fahren des Fahrzeugs bei einer niedrigen Temperatur erniedrigt ist, ist es schwierig, eine notwendige Ausgabe durchzuführen und elektrische Leistung zurückzugewinnen, wodurch der Brennstoffverbrauch verschlechtert wird. Außerdem wird die Wärme zum Heizen nur von der speziellen elektrischen Heizung geliefert, und dadurch werden die Kosten des Heizungssystems erhöht.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts der vorangehenden Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das eine Heizung einer Vorrichtung durchführen kann, ohne einen speziellen Heizungsapparat nur zum Heizen der Vorrichtung zu verwenden.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das eine Heizung einer an dem Fahrzeug montierten Vorrichtung zu niedrigen Kosten durchführen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug eine Schaltstromversorgungsvorrichtung, ein elektronisches Element, das aufgebaut ist, um eine elektrische Leistung auszugeben, die von der Schaltstromversorgungsvorrichtung eingestellt wird, und eine Steuervorrichtung, die aufgebaut ist, um den Betrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung zu steuern, um den Betrieb des elektronischen Elements zu steuern. Wenn die Steuervorrichtung in dem Wärmemanagementsystem eine Heizungsanforderung von wenigstens einer der Vorrichtungen, die eine zum Antreiben des Fahrzeugs verwendete Antriebsvorrichtung und eine zum Durchführen einer Klimatisierung in einem Fahrzeugraum verwendete Klimatisierungsvorrichtung umfassen, empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in einem Wärmerhöhungsbetrieb betrieben wird, in dem von dem elektronischen Element erzeugte Wärme stärker als in einem allgemeinen Betriebszustand erhöht wird, und liefert die erzeugte Wärme an die Antriebsvorrichtung und/oder die Klimatisierungsvorrichtung.
Das heißt, der Wärmeerhöhungsbetrieb ist ein ineffizienter Steuerbetrieb, in dem das elektronische Element ineffizient betrieben wird, um Wärme zu erzeugen. Folglich kann in dem Wärmeerhöhungsbetrieb gezielt Wärme von dem in dem Fahrzeug verwendeten elektronischen Element erzeugt werden und wird an die Vorrichtung mit der Heizanforderung geliefert. Daher kann die Vorrichtung mit der Heizanforderung zu geringen Kosten effektiv geheizt werden, ohne einen speziellen Heizungsapparat zu verwenden.
Zum Beispiel kann die Steuervorrichtung die Anzahl von Übergangszuständen, in denen der an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegte elektrische Strom und die elektrische Spannung sich ändern, oder die Zeit für jeden Übergangszustand während des Wärmeerhöhungsbetriebs vergrößern, so dass sie größer als in dem allgemeinen Betriebszustand sind.
Alternativ kann die Steuervorrichtung während des Wärmeerhöhungsbetriebs ein Steuersignal, in dem eine Antriebsfrequenz und/oder eine relative Einschaltdauer im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht sind/ist, in die Schaltstromversorgungsvorrichtung eingeben. Alternativ kann die Steuervorrichtung während des Wärmeerhöhungsbetriebs den elektrischen Strom und/oder die elektrische Spannung, die an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegt werden, im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöhen.
Als ein Beispiel kann das elektronische Element ein Stromrichter und/oder ein Spannungserhöhungswandler und/oder ein Gleichstromwandler oder ähnliches sein. Die Vorrichtungen mit der Heizanforderung können ein Zellenstapel, ein Verbrennungsmotor, ein Motor, ein Heizungskern, eine Komponente eines Kältemittelkreislaufs oder ähnliches sein.
Wenn zum Beispiel die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Zellenstapel, welcher die Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, empfängt und aufgebaut ist, um elektrische Leistung an einen Motor für das Fahren eines Fahrzeugs zu liefern, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben werden soll, und liefert die erzeugte Wärme an den Zellenstapel. Wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Verbrennungsmotor für das Fahren eines Fahrzeugs, welcher die Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und liefert die erzeugte Wärme an den Motor. Wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Motor für das Fahren eines Fahrzeugs, der die Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und liefert die erzeugte Wärme an den Verbrennungsmotor. Wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einer Komponente eines Kältemittelkreislaufs, der für die Klimatisierung in dem Fahrzeugraum verwendet wird, empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und liefert die erzeugte Wärme an die Komponente des Kältemittelkreislaufs. Wenn die Steuervorrichtung außerdem eine Heizanforderung für einen Heizungskern zum Heizen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und liefert die erzeugte Wärme an den Heizungskern.
Das Wärmemanagementsystem kann mit einem Fluidkreis versehen sein, in dem ein Fluid zirkuliert. In diesem Fall können sowohl die Vorrichtung mit der Heizanforderung als auch das elektronische Element in dem Fluidkreis angeordnet sein, um den Wärmeaustausch mit dem Fluid durchzuführen, und der Fluidkreislauf kann aufgebaut sein, um die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme über das Fluid als ein Wärmemedium an die Vorrichtung mit der Heizanforderung zu liefern.
Alternativ kann das Wärmemanagementsystem mit einem ersten Fluidkreis, in dem ein Fluid zirkuliert, und einem zweiten Fluidkreis, der mit dem ersten Fluidkreis verbunden ist, so dass er von dem ersten Fluidkreis getrennt ist, versehen sein. In diesem Fall kann die Vorrichtung mit der Heizanforderung in dem ersten Fluidkreis angeordnet sein, um den Wärmeaustausch mit dem Fluid in dem ersten Fluidkreis durchzuführen, und ein elektronisches Element kann sich in dem zweiten Fluidkreis befinden, um den Wärmeaustausch mit dem Fluid in dem zweiten Fluidkreis durchzuführen. Außerdem kann die Steuervorrichtung die ersten und zweiten Fluidkreise steuern, so dass sie in dem Wärmeerhöhungsbetrieb verbunden sind, um die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme über das Fluid als ein Wärmemedium an die Vorrichtung mit der Heizanforderung zu liefern.
Wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Zellenstapel des Fahrzeugs, welcher die Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, empfängt, verbindet die Steuervorrichtung einen Fluiddurchgang, durch den ein Heizungskern zum Heizen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, mit dem elektronischen Element verbunden ist, und liefert die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung von Luft, die von dem Heizungskern geheizt wird, als ein Wärmeübertragungsmedium an den Zellenstapel.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmemanagementsystem einen Zellenstapel, in dem eine Vielzahl von Zellenmodulen elektrisch verbunden und gestapelt sind, um integriert zu sein, eine Schaltstromversorgungsvorrichtung, ein elektronisches Element, das aufgebaut ist, um eine elektrische Leistung auszugeben, die von der Schaltstromversorgungsvorrichtung eingestellt wird, und das geeignet ist, die Zellenmodule zu laden oder zu entladen oder eine Temperatur der Zellenmodule einzustellen, und eine Steuervorrichtung, die aufgebaut ist, um den Betrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung zu steuern und ein Heizen des Zellenstapels durchzuführen, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Wenn die Steuervorrichtung in dem Wärmemanagementsystem erfasst, dass eine Temperatur der Zellenmodule niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, bewirkt die Steuervorrichtung, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in einem ineffizienten Steuerbetrieb betrieben wird, in dem die Anzahl von Übergangszuständen, in denen der elektrische Strom und die elektrische Spannung, die an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegt werden, sich ändern, oder die Zeit für jeden Übergangszustand größer als in einem allgemeinen Betriebszustand ist. Folglich wird in dem ineffizienten Steuerbetrieb Wärme gezielt von dem für das Fahrzeug geeigneten elektronischen Element erzeugt, und das Abstrahlen von Wärme von dem elektronischen Element kann erleichtert werden, wodurch das Heizen des Zellenstapels ohne Hinzufügen eines speziellen Heizapparats effektiv durchgeführt wird. Auf diese Weise kann das Heizen des Zellenstapels zu niedrigen Kosten durchgeführt werden.
Zum Beispiel ist die Schaltstromversorgungsvorrichtung ein Leistungselement. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung eine in das Leistungselement eingegebene Antriebsfrequenz und/oder eine relative Einschaltdauer erhöhen, um den ineffizienten Steuerbetrieb durchzuführen. Außerdem kann die Steuervorrichtung einen Zunahmebetrag der in das Leistungselement eingegebenen Antriebsfrequenz und/oder der relativen Einschaltdauer basierend auf der Temperatur der Zellenmodule erhöhen, wenn die Temperatur der Zellenmodule niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Als ein Beispiel kann die Steuervorrichtung unter Verwendung von (a) Zelleninformationen, die eine Temperatur, eine Spannung, einen Strom und einen Innenwiderstand der Zellenmodule umfassen, und/oder (b) Umgebungsinformationen der Zellenmodule einschließlich einer Umgebungstemperatur und/oder (c) Systeminformationen, die eine Temperatur oder einen Betriebszustand der Schaltstromversorgungsvorrichtung oder der elektronischen Vorrichtung umfassen, bestimmen, dass die Temperatur der Zellenmodule niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Alternativ kann das elektronische Element einen Gleichstromwandler umfassen, der zwischen ein elektrisches Hochspannungsleistungssystem mit dem Zellenstapel und ein elektrisches Niederspannungsleistungssystem mit einer Niederspannungsbatterie geschaltet ist. In diesem Fall kann das elektrische Hochspannungsleistungssystem mit einem Hochspannungsverbraucher verbunden sein, um fähig zu sein, elektrische Leistung zu liefern und zu empfangen, und die Niederspannungsbatterie kann mit einem Niederspannungsverbraucher verbunden sein, um elektrische Leistung an den Niederspannungsverbraucher zu liefern.
Als ein Beispiel kann der Zellenstapel ungefähr eine rechteckige Parallelepipedform haben, und das Wärmemanagementsystem kann ferner ein Gebläseelement umfassen, das sich benachbart zu einer Oberfläche des Zellenstapels befindet. Das Gebläseelement kann einen Zentrifugalventilator umfassen, der in einem Gehäuse aufgenommen ist. In dem Gebläseelement kann das Gehäuse mit einer Ansaugöffnung, die in eine Richtung parallel zu einer Längsrichtung der einen Oberfläche des Zellenstapels geöffnet ist, und einem Luftdurchgang versehen sein, der sich in einer Breitenrichtung in Richtung eines Luftauslasses, der in Richtung des Zellenstapels geöffnet ist, ausdehnt. Außerdem kann das elektronische Element sich auf einer Seite des Gehäuses innerhalb Längsenden der einen Oberfläche des Zellenstapels befinden. In diesem Fall kann das elektronische Element kompakt angeordnet werden, ohne die Außenabmessung des Zellenstapels zu vergrößern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ohne weiteres offensichtlich, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Blockdiagramm ist, das eine Steuervorrichtung des Wärmemanagementsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3A ein schematisches Diagramm ist, das ein Steuersignal zeigt, das in einem allgemeinen Betriebszustand in ein Leistungselement (d. h. eine Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegeben wird, und 3B ein Diagramm ist, das einen elektrischen Strom I und eine elektrische Spannung V, die an das Leistungselement angelegt sind, in dem Wärmeerzeugungsbetriebszustand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4A ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel eines Steuersignals zeigt, das in einem Wärmeerhöhungsbetrieb (ineffizienter Steuerbetrieb) in ein Leistungselement (d. h. eine Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegeben wird, und 4B ein Diagramm ist, das in dem Beispiel von 4A gemäß der ersten Ausführungsform den elektrischen Strom I und die elektrische Spannung V zeigt, die an das Leistungselement angelegt sind;
5 ein schematisches Diagramm ist, das ein anderes Beispiel eines Steuersignals zeigt, das gemäß der ersten Ausführungsform in dem Wärmeerhöhungsbetrieb in das Leistungselement eingegeben wird;
6 ein schematisches Diagramm ist, das ein anderes Beispiel eines Steuersignals ist, das gemäß der ersten Ausführungsform in dem Wärmeerhöhungsbetrieb in das Leistungselement eingegeben wird;
7 ein Flussdiagramm ist, das einen Steuerbetrieb in einem Heizanforderungszustand des Wärmemanagementsystems gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein schematisches Diagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Blockdiagramm ist, das ein Wärmemanagementsystem mit einer Zellenheizvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein schematisches Diagramm ist, das eine integrierte Struktur eines Zellenstapels, von Gebläseelementen und elektronischen Elementen gemäß der achten Ausführungsform zeigt;
16 ein schematisches Diagramm ist, das einen Wärmeübergangszustand beim Heizen der Zellenheizvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zeigt;
17 ein Flussdiagramm ist, das eine Zellentemperatursteuerung in der Zellenheizvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zeigt;
18 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer in das Leistungselement (die Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegebenen Antriebsfrequenz und einer Zellentemperatur Td bei der Zellenheizung gemäß der achten Ausführungsform zeigt; und
19 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer in das Leistungselement (die Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegebenen relativen Antriebseinschaltdauer und der Zellentemperatur Td bei der Zellenheizung gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
(Ausführungsformen)
Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung werden hier nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann einem Teil, der einem in einer vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Gegenstand entspricht, die gleiche Referenznummer zugewiesen werden, und die redundante Erklärung für den Teil kann weggelassen werden. Wenn in einer Ausführungsform nur ein Teil eines Aufbaus beschrieben wird, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können selbst dann kombiniert werden, wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, selbst wenn nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, die Kombination hat keinen Nachteil.
(Erste Ausführungsform)
Ein Wärmemanagementsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1 bis 7 beschrieben. Das Wärmemanagementsystem der vorliegenden Erfindung kann geeignet für ein Hybridfahrzeug, das durch eine Antriebsquelle unter Verwendung der Kombination einer Brennkraftmaschine und eines Motors, der von in einer Batterie geladener elektrischer Leistung angetrieben wird, fährt, ein Elektrofahrzeug, das durch eine Antriebsquelle unter Verwendung eines Motors, der von in einer Batterie geladener elektrischer Leistung angetrieben wird, fährt, ein Brennstoffzellenfahrzeug, das ein Hybridsystem einer Brennstoffzelle und einer Sekundärbatterie verwendet, oder ähnliche verwendet werden. Das Wärmemanagementsystem erhöht die Wärme, die in einer elektronischen Vorrichtung in einem Heizanforderungszustand, in dem eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, erzeugt wird, überträgt die Wärme über ein Fluid und liefert die Wärme an eine Vorrichtung, die eine Heizung anfordert. Zum Beispiel erhöht das Wärmemanagementsystem Wärme, die in einer elektronischen Vorrichtung in dem Heizanforderungszustand erzeugt wird, durch Verringern des Wirkungsgrads im Vergleich zu einem allgemeinen Betriebszustand. In dem Wärmemanagementsystem wird eine Schaltstromversorgungsvorrichtung gesteuert, um die erzeugte Wärme in dem Heizanforderungszustand im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand zu erhöhen.
1 ist ein schematisches Diagramm, welches das Wärmemanagementsystem der ersten Ausführungsform zeigt, und 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuervorrichtung des Wärmemanagementsystems der ersten Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug einen ersten Kühlmittelkreis 10, der mit einem Kühlmitteldurchgang 11 einer Brennkraftmaschine 11 versehen ist, einen zweiten Kühlmittelkreis 20, der mit einem Kühlmittelkreis eines Stromrichters 21 und einem Gleichstromwandler 110 und ähnlichem versehen ist, und eine Steuervorrichtung 120, die den Betrieb verschiedener Komponenten in den ersten und zweiten Kühlmittelkreisen 10, 20 steuert, um in dem Fahrzeug erzeugte Wärme an eine Vorrichtung mit einer Heizanforderung zu übertragen.
Der erste Kühlmittelkreis 10 ist ein Beispiel eines Kühlsystems, das an das von dem Verbrennungsmotor 11 angetriebene Fahrzeug montiert ist, und ist derart aufgebaut, dass Kühlmittel (z. B. Kühlmittel, das Ethylenglykol umfasst) zum Kühlen des Verbrennungsmotors 11 in dem ersten Kühlmittelkreis 10 zirkuliert. Der erste Kühlmittelkreis 10 umfasst einen Strahler 15 und einen Heizungskern 13, die mit dem Verbrennungsmotor 11 verbunden sind. Der Strahler 15 hat darin einen Kühlmitteldurchgang, in dem das Kühlmittel strömt, und einen Luftdurchgang, in dem Luft strömt. Daher tauscht das Kühlmittel, das den Kühlmitteldurchgang des Strahlers 15 durchläuft, Wärme mit Luft aus und wird gekühlt.
Der Verbrennungsmotor 11 ist eine wassergekühlte Brennkraftmaschine, die von dem Kühlmittel gekühlt wird, das von einer Pumpe 12 an einen Wasserkühlmantel in dem Verbrennungsmotor 11 geschickt wird. Der erste Kühlmittelkreis 10 ist ein Kreis, in dem Hochtemperaturkühlmittel, das den Wasserkühlmantel des Verbrennungsmotors 11 durchlaufen hat, strömt. Der Strahler 15 und der Verbrennungsmotor 11 sind durch einen Kühlmitteldurchgang des ersten Kühlmittelkreises 10 verbunden. Folglich hat der erste Kühlmittelkreis 10 einen strahlerseitigen Kühlmitteldurchgang, der den Strahler 15 und den Wasserkühlmantel des Verbrennungsmotors 11 verbindet, und einen heizungsseitigen Kühlmitteldurchgang, der den Heizungskern 13 und den Verbrennungsmotor 11 verbindet. Der Strahler 15 ist ein Wärmetauscher, der Hochtemperaturkühlmittel kühlt, das durch den Betrieb der Pumpe 12 von dem Wasserkühlmantel des Verbrennungsmotors 11 strömt.
Der strahlerseitige Kühlmitteldurchgang ist mit einem Umleitungsdurchgang 17 verbunden, durch den das aus dem Verbrennungsmotor 11 strömende Kühlmittel nach dem Umgehen des Strahlers 15 zu dem Verbrennungsmotor 11 zurückkehrt. Ein Thermostat 16 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Umleitungsdurchgang 17 und dem strahlerseitigen Kühlmitteldurchgang bereitgestellt. Der Thermostat 16 ist aufgebaut, um ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge des Kühlmittels, das durch den Strahler 15 strömt, und einer Strömungsmenge des Kühlmittels, das durch den Umleitungsdurchgang 17 strömt, einzustellen, so dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Wenn zum Beispiel ein Heizen des Verbrennungsmotors 11 durchgeführt wird, wird die Strömungsmenge des Kühlmittels, das durch den Umleitungsdurchgang 17 strömt, erhöht, um die Wärmeabstrahlung des Kühlmittels in dem Strahler 15 zu verringern, wodurch das Heizen erleichtert wird. In diesem Fall kann verhindert werden, dass das Kühlmittel durch den Strahler 15 unterkühlt wird.
Eine radiale Innenabmessung einer Rohrleitung zum Definieren des strahlerseitigen Kühlmitteldurchgangs kann größer als eine radiale Innenabmessung einer Rohrleitung zum Definieren des Umleitungsdurchgangs 17 festgelegt werden, so dass im Allgemeinen eine größere Menge des Kühlmittels in den Strahler 15 strömen kann. Der Thermostat 16 kann durch ein Strömungsmengeneinstellventil oder ein Schaltventil oder ähnliches aufgebaut sein.
Ein Umleitungsdurchgang 18 ist von dem strahlerseitigen Kühlmitteldurchgang verzweigt und ist mit dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verbunden, so dass das aus dem Verbrennungsmotor 11 strömende Kühlmittel in den zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, ohne in den Strahler 15 zu strömen. Eine Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 befindet sich an einem Verbindungsabschnitt des Umleitungsdurchgangs 18 und des strahlerseitigen Kühlmitteldurchgangs, um eine offene Durchgangsfläche einzustellen. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 ist aufgebaut, um ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge des durch den Strahler 15 strömenden Kühlmittels und einer Strömungsmenge des durch den Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömenden Kühlmittels einzustellen, so dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Daher kann die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 die Strömung von Kühlmittel zu der Seite des Strahlers 15 oder zu der Seite des zweiten Kühlmittelkreises 20 umschalten. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 kann durch ein Strömungsmengeneinstellventil oder ein Schaltventil oder ähnliches aufgebaut sein.
Ein heizungsseitiger Kühlmitteldurchgang ist mit dem strahlerseitigen Kühlmitteldurchgang in dem ersten Kühlmittelkreis 10 verbunden, und das Kühlmittel wird durch die Pumpe 12 in dem heizungsseitigen Kühlmitteldurchgang zirkuliert. Der Heizungskern 13 ist mit einem Luftdurchgang und einem Kühlmitteldurchgang versehen, durch den das Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreises 10 strömt, um den Wärmeaustausch mit Luft in dem Luftdurchgang durchzuführen. Der Heizungskern 13 befindet sich in einem Klimaanlagengehäuse einer Klimatisierungseinheit einer Fahrzeugklimaanlage und befindet sich in einem Fahrzeugraum 40, der von einem Motorraum des Fahrzeugs abgeteilt ist. Der Heizungskern 13 befindet sich in dem Klimaanlagengehäuse in einer Luftströmung stromabwärtig von einem Verdampfer 54, um Luft, die von einem Gebläse 55 geblasen wird und den Verdampfer 54 durchlaufen hat, auf eine gewünschte Temperatur zu heizen.
Der Stromrichter 21, der Gleichstromwandler 110 und ein Antriebsmotor 102 sind in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 angeordnet. Der zweite Kühlmittelkreis 20 ist aufgebaut, um einen Kühlmitteldurchgang, durch den Kühlmittel den Stromrichter 21 und den Gleichstromwandler 110 durchläuft, um die Übertragung von in dem Gleichstromwandler 110 und dem Wandler 21 erzeugter Wärme an das Kühlmittel durchzuführen, und einen Kühlmitteldurchgang zu haben, durch den das Kühlmittel den Motor 102 durchläuft, um die Übertragung von in dem Motor 102 erzeugter Wärme an das Kühlmittel durchzuführen. Der zweite Kühlmittelkreis 20 ist ein Kreis, durch den das Kühlmittel (z. B. Kühlmittel, das Ethylenglykol umfasst) zum Einstellen der Temperatur des Stromrichters 21 oder/und des Motors 102 strömt. Der zweite Kühlmittelkreis 20 hat einen Kühlmitteldurchgang 28, durch den das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Motor 102 strömt. Ein Strahler 24 befindet sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 und hat einen Kühlmitteldurchgang und einen Luftdurchgang, wodurch der Wärmeaustausch zwischen Luft, die den Luftdurchgang durchläuft, und dem Kühlmittel, das den Kühlmitteldurchgang in dem Strahler 24 durchläut, durchgeführt wird.
Der Strahler 24 ist ein Wärmetauscher, der aufgebaut ist, um den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel, das durch eine Pumpe 22 von dem Stromrichter 21 oder/und dem Motor 22 strömt, und Luft durchzuführen. Daher kann das Kühlmittel in dem Strahler 24 gekühlt werden. Ein Umleitungsdurchgang 26 ist mit dem Kühlmitteldurchgang zwischen dem Strahler 24 und dem Motor 102 verbunden, so dass das aus dem Motor 102 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 in den Stromrichter 21 strömt, während es den Strahler 24 umgeht. Ein Thermostat 23 befindet sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20, um ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge des durch den Strahler 24 strömenden Kühlmittels und einer Strömungsmenge des durch den Umleitungsdurchgang 26 strömenden Kältemittels einzustellen, so dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Wenn zum Beispiel eine Heizung einer Vorrichtung mit einer Heizanforderung durchgeführt wird, wird die Strömungsmenge von Kühlmittel, das durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt, erhöht, um die Wärmeabstrahlung des Kühlmittels in dem Strahler 24 zu verringern, wodurch das Heizen erleichtert wird. In diesem Fall kann verhindert werden, dass das Kühlwasser von dem Strahler 24 unterkühlt wird. der Thermostat 23 kann durch ein Strömungsmengeneinstellventil oder ein Schaltventil oder ähnliches aufgebaut werden.
Ein Umleitungsdurchgang 27 und ein Umleitungsdurchgang 29 sind jeweils bereitgestellt, um von dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verzweigt zu werden. Der Umleitungsdurchgang 27 ist von dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verzweigt und ist mit dem ersten Kühlmittelkreis 10 verbunden, so dass das von dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel zu dem Verbrennungsmotor 11 des ersten Kühlmittelkreises 10 strömt, ohne in den Motor 102 zu strömen. Der Umleitungsdurchgang 29 ist von dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verzweigt und ist mit dem ersten Kühlmittelkreis 10 verbunden, so dass das von dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel zu dem Heizungskern 13 des ersten Kühlmittelkreises 10 strömt, ohne in den Motor 102 zu strömen. Eine Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 befindet sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20, um eine offene Durchgangsfläche einzustellen. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 ist aufgebaut, um ein Verhältnis zwischen einer Strömungsmenge des durch den Motor 102 strömenden Kühlmittels, eine Strömungsmenge von durch den Heizungskern 13 strömendem Kühlmittel und eine Strömungsmenge des durch den Verbrennungsmotor 11 strömenden Kühlmittels einzustellen, so dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Daher kann die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 die Strömung des Kühlmittels zumindest zwischen der Seite des Motors 102, der Seite des Heizungskerns 13, der Seite des Verbrennungsmotors 11 umschalten. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 kann durch ein Strömungsmengeneinstellventil oder ein Schaltventil oder ähnliches aufgebaut sein.
Ein Zellenstapel 101 (Hochspannungsbatterie) ist angeordnet, um elektrische Leistung an den Motor 102 zu liefern, der eine Antriebsquelle für das Fahren eines Fahrzeugs ist. Zum Beispiel befindet sich der Zellenstapel 101 in dem Fahrzeugraum 40, in dem die Klimatisierungseinheit einschließlich des Heizungskerns 13 bereitgestellt ist. Der Zellenstapel 101 kann eine Nickelwasserstoff-Sekundärbatterie, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, eine organische Radikalbatterie oder ähnliches sein. Der Zellenstapel 101 ist durch Stapeln einer Vielzahl von Zellenmodulen aufgebaut. Die Zellenmodule des Zellenstapels 101 sind unter Verwendung eines elektronischen Elements zur Ladung oder Entladung oder/und zu ihrer Temperatureinstellung fähig.
Der Zellenstapel 101 ist als eine Batteriepackung oder eine mit einem Gebläseelement 130 kombinierte Kombinationspackung an dem Fahrzeug montiert. Das Gebläseelement 130 kann zwangsweise Luft zu dem Zellenstapel 101 blasen. Der Zellenstapel 101 kann in einem Gehäuse aufgenommen werden und kann unter einem Sitz des Fahrzeugs, einem Raum zwischen dem Rücksitz und einem Kofferraum oder einem Raum zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz in dem Fahrzeugraum 40 angeordnet werden. Das Gebläseelement 130 kann aufgebaut sein, um die Luft, die von dem Heizungskern 13 geheizt wurde, an den Zellenstapel 101 zu senden. In diesem Fall wird von dem Gebläseelement 130 warme Luft, die Wärme aus dem Kühlmittel aufnimmt, an den Zellenstapel 101 geliefert, wodurch der Zellenstapel 101 geheizt wird.
Der Steuerbetrieb des Wärmemanagementsystems wird unter Bezug auf 2 beschrieben. Eine Steuervorrichtung (ESG) 120 ist eine elektronische Steuereinheit, die den Betrieb der Komponenten des ersten Kühlmittelkreises 10, des zweiten Kühlmittelkreises 20 und ähnliches steuert, um die Wärmeübertragung in dem Heizanforderungszustand zu steuern. Die Steuervorrichtung 120 kann als eine elektrische Steuereinheit zum Steuern der Klimatisierung des Fahrzeugraums oder/und eine elektrische Steuereinheit zum Steuern der Verbrennungsmotortemperatur angepasst sein.
Die Steuervorrichtung 120 umfasst einen Mikrocomputer, eine Eingangsschaltung und eine Ausgangsschaltung. Eingangssignale, wie etwa ein Startsignal des Verbrennungsmotors 11, Signale von verschiedenen Sensoren und Signale von verschiedenen Schaltern und ähnliches werden in die Eingangsschaltung der Steuervorrichtung 120 eingegeben. Ausgangssignale werden von der Ausgangsschaltung an verschiedene Aktuatoren, eine Leistungssteuereinheit (PCU) und ähnliche ausgegeben. Die Aktuatoren umfassen zum Beispiel die Pumpen 12, 22, die Durchgangseinstellungsvorrichtungen 14, 25 und die Thermostate 16, 23. Die Leistungssteuereinheit (PCU) umfasst den Stromrichter 21, einen Spannungserhöhungswandler 109, den Gleichstromwandler 110 und ähnliche. Der Mikrocomputer ist durch einen ROM, einen Speicher, wie etwa einen RAM, eine CPU und ähnliche, die allgemein bekannt sind, aufgebaut. Der Mikrocomputer führt unter Verwendung von in dem RAM gespeicherten Programmen verschiedene Berechnungen durch. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung 120 Betriebe der verschiedenen Aktuatoren, des Stromrichters 21, des Spannungserhöhungswandlers 109, des Gleichstromwandlers 110, des Zellenstapels 101, des Gebläseelements 130 und ähnlicher basierend auf einem unter Verwendung der verschiedenen Programme berechneten Ergebnis steuern. Die Steuervorrichtung 120 beginnt ihren Betrieb, wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird und von einer Hilfsbatterie elektrische Leistung an sie geliefert wird. Die Steuervorrichtung 120 ist aufgebaut, um über Kommunikationsleitungen, die mit einem Kommunikationsanschluss verbunden sind, die Kommunikation mit verschiedenen Steuervorrichtungen, wie etwa einem Fahrzeug-ESG durchzuführen.
Die elektronischen Elemente, die Wärme in dem Wärmeerhöhungsbetrieb in dem Heizanforderungszustand erzeugen, umfassen zum Beispiel den Gleichstromwandler 110, den Stromrichter 21 zum Steuern des Motors 102 und den Spannungserhöhungswandler 109. Die elektronischen Elemente, die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb in dem Heizanforderungszustand Wärme erzeugen, können neben dem Vorstehenden ferner einen Motor, der das Gebläseelement 130 antreibt, und die verschiedenen elektronischen Steuereinheiten (ESG) oder ähnliches umfassen. Die elektronischen Elemente können mit elektrischer Leistung betrieben werden, die von einem Leistungselement eingestellt wird, das zum Beispiel eine Schaltstromversorgungsvorrichtung ist. Die Steuervorrichtung 120 steuert den Betrieb eines Leistungselements 111, um den Betrieb der elektronischen Elemente zu steuern. Zum Beispiel steuert die Steuervorrichtung 120 die Lieferung von elektrischer Leistung an den Stromrichter 21, die Lieferung von elektrischer Spannung, die an den Spannungserhöhungswandler 109 angelegt wird, die elektrische Umwandlung des Gleichstromwandlers 110 durch Steuern des Betriebs des Leistungselements 111.
Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren zum Überwachen eines Zellenzustands, wie etwa einer Spannung, einer Temperatur oder ähnlichem werden in eine Zellenüberwachungseinheit des Zellenstapels 101 eingegeben. Die Zellenüberwachungseinheit ist aufgebaut, so dass sie einen Hochspannungsbatteriesignalerfassungsabschnitt, einen Niederspannungsbatteriesignalerfassungsabschnitt und einen Stromrichter mit einem Spannungserhöhungswandler (Spannungserhöhungsabschnitt) umfasst. Temperaturinformationen, Strominformationen, Spannungsinformationen, Innenwiderstandsinformationen und Umgebungstemperaturinformationen und ähnliches des Zellenstapels 101 werden in den Hochspannungsbatteriesignalerfassungsabschnitt eingegeben. Andererseits werden Temperaturinformationen, Strominformationen, Spannungsinformationen, Innenwiderstandsinformationen und Umgebungstemperaturinformationen und ähnliches der Hilfsbatterie (Niederspannungsbatterie) in den Niederspannungsbatteriesignalerfassungsabschnitt eingegeben. Die Hilfsbatterie ist ein Beispiel für einen Hilfsapparat 104. Die Zellenüberwachungseinheit kann aufgebaut werden, so dass sie den Gleichstromwandler umfasst oder kann aufgebaut werden, ohne den Gleichstromwandler darin zu enthalten, um fähig zu sein, mit einem Gleichstromwandler zu kommunizieren, der außerhalb der Zellenüberwachungseinheit angeordnet ist.
Der Stromrichter 21 ist ein elektronisches Element, das aufgebaut ist, um elektrische Leistung an den Motor 102 zu liefern. Der Stromrichter 21 ist angepasst, so dass die an den Motor 102 gelieferte elektrische Leistung von dem Leistungselement 111 eingestellt wird. Der Spannungserhöhungswandler 109 ist ein elektronisches Element, das eine erhöhte elektrische Spannung an den Stromrichter 21 liefert. Zum Beispiel erhöht der Spannungserhöhungswandler 109 die Spannung von 300 V auf 600 V, und die erhöhte Spannung wird von einem Leistungselement eingestellt, das ein Beispiel für die Schaltstromversorgungsvorrichtung ist.
Wenn der Gleichstromwandler 110 zum Steuern des Ladens und Entladens der Zellenmodule des Zellenstapels 101 verwendet wird, befindet sich der Gleichstromwandler 110 zwischen einem Hochspannungsstromversorgungsabschnitt und einem Niederspannungsstromversorgungsabschnitt. Hier umfasst der Hochspannungsstromversorgungsabschnitt den Zellenstapel 101, der mit einer Hochspannungslast, wie etwa dem Motor 102, verbunden ist, um fähig zu sein, die elektrische Leistung zu senden und zu empfangen. Die Hochspannungslast mit dem Motor 102 kann zum Erzeugen von Leistung und Fahren eines Hybridfahrzeugs verwendet werden. Der Niederspannungsstromversorgungsabschnitt umfasst die Hilfsbatterie (den Hilfsapparat), die elektrische Leistung an einen Niederspannungsverbraucher liefert. Der Gleichstromwandler 110 ist derart aufgebaut, dass die elektrische Leistungsumwandlung für den Hochspannungsverbraucher, wie etwa den Motor 102, und die elektrische Leistungsumwandlung für den Neiderspannungsverbraucher durch das Leistungselement 111, das ein Beispiel für die Schaltstromversorgungsvorrichtung ist, eingestellt werden können.
Zum Beispiel ist das Leistungselement 111 aus einem Transistor und einer Diode gefertigt und ist ein Schaltleistungsquellenelement, das fähig ist, einen Teil einer elektrischen Schaltung zu schalten, um die elektrische Leistung umzuwandeln und einzustellen. Die Steuervorrichtung 120 kann die in das Leistungselement 111 eingegebene Antriebsfrequenz und/oder die relative Einschaltdauer steuern, wodurch der Pegel der elektrischen Ausgangsspannung des Leistungselements 111 an ein elektronisches Element geändert wird. Wenn elektrische Leistung von dem Zellenstapel 101, der eine Hochspannungshauptbatterie (z. B. etwa 300 V) ist, an die Hilfsbatterie (z. B. 12 V) geliefert wird, steuert die Steuervorrichtung 120 im Allgemeinen den Betrieb des Leistungselements derart, dass der Wirkungsgrad des Leistungselements 111 etwa 90% ist.
In dem Heizanforderungszustand steuert die Steuervorrichtung 120 die in das Leistungselement 1111 eingegebene Antriebsfrequenz und/oder relative Einschaltdauer, wodurch bewirkt wird, dass das Leistungselement 111 in einem ineffizienten Steuerbetrieb ist, so dass der Wirkungsgrad des Leistungselements etwa 20% ist. Aufgrund des ineffizienten Steuerbetriebs des Leistungselements 111 wird der Wärmeerhöhungsbetrieb in dem elektronischen Element durchgeführt, und Wärme wird von dem elektronischen Element, wie etwa dem Stromrichter 21 und dem Gleichstromwandler 110, abgestrahlt, wodurch der Zellenstapel 101 unter Verwendung der erzeugten Wärme geheizt wird.
Ein erstes Beispiel für den Wärmeerhöhungsbetrieb zum Erhöhen der von dem elektronischen Element, wie etwa dem Stromrichter 21 und dem Gleichstromwandler 110, erzeugten Wärmemenge im Vergleich zu der in dem allgemeinen Betriebszustand wird unter Bezug auf 3A bis 4B beschrieben. 3A und 3B zeigen den Steuerbetrieb des Leistungselements 111 in dem allgemeinen Betriebszustand, in dem das Leistungselement 111 mit der Priorität des Wirkungsgrads betrieben wird. Insbesondere ist 3A ein schematisches Diagramm, das ein Steuersignal zeigt, das in das Leistungselement 111 (d. h. die Schaltstromversorgungsvorrichtung) in dem allgemeinen Betriebszustand eingegeben wird, und 3B ist ein Diagramm, das die Form des elektrischen Stroms I und der elektrischen Spannung V, die an das Leistungselement 111 angelegt werden, in dem Erzeugungsbetriebszustand zeigt. 4A und 4B zeigen ein erstes Beispiel des Betriebs des Leistungselements 111 zum Erhöhen der von dem elektronischen Element erzeugten Wärme. 4A ist ein schematisches Diagramm, welches das erste Beispiel eines Steuersignals zeigt, das in einem Wärmeerhöhungsbetrieb in das Leistungselement 111 (d. h. die Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegeben wird, und 4B ist ein Diagramm, das die Wellenform des elektrischen Stroms I und der elektrischen Spannung V, die an das Leistungselement 111 angelegt werden, in dem Wärmeerhöhungsbetrieb zeigt.
In dem allgemeinen Betriebszustand, in dem das Leistungselement 111 mit der Priorität des Wirkungsgrads betrieben wird, wird von der Steuervorrichtung 120 ein Steuersignal einer in 3A gezeigten Impulswelle in das Leistungselement 111 eingegeben, und die Spannung und der Strom werden, wie in 3B gezeigt, geändert. Wie in 3B gezeigt, wird von dem elektronischen Element in dem Übergangszustand, in dem die Spannung Vd und der Strom Id steigen und abnehmen, Wärme erzeugt. In dem in 3A und 3B gezeigten allgemeinen Betriebszustand wird die Frequenz der Impulswelle verringert, so dass die Ein-/Ausschaltzeit des Leistungselements 111 relativ zu der Gesamtzeit kürzer gemacht werden kann. Als ein Ergebnis kann eine mittlere Wärmeerzeugungsmenge verringert werden.
In einem Niedertemperaturzustand, in dem die Batterie nicht effizient betrieben werden kann, kann eine Heizung von einer Fahrzeugantriebsvorrichtung, die betrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben, und/oder von einer Klimatisierungskomponente, die zum Klimatisieren des Fahrzeugraums verwendet wird, erforderlich sein. In diesem Fall wird der Wärmeerhöhungsbetrieb des Leistungselements 111 durchgeführt. In dem Wärmeerhöhungsbetrieb wird von der Steuervorrichtung 120 ein Steuersignal einer in 4A gezeigten Impulswelle in das Leistungselement 111 eingegeben, und die an das Leistungselement 111 angelegte Spannung und der Strom werden, wie in 4B gezeigt, geändert. Während des Wärmeerhöhungsbetriebs ist eine Zeitsteuerung des Übergangs zwischen dem Ein- und Ausschalten des Leistungselements 111 konstant, aber die Dauer einer Frequenz ist kürzer. Daher wird das Verhältnis der Wärmeerzeugungszeit pro Einheitszeit größer, die Anzahl der Wärmeerzeugungen und die Gesamtzeit der Wärmeerzeugung werden relativ erhöht. Folglich wird während des Wärmeerhöhungsbetriebs die Wärmeerzeugungsmenge des elektronischen Elements einschließlich des Leistungselements 111 im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht, wodurch die erzeugte Wärme an eine Vorrichtung (z. B. den Zellenstapel 101) gesendet wird, der eine Heizung benötigt. Als ein Ergebnis kann das Heizen der Vorrichtung (z. B. des Zellenstapels 101) durchgeführt werden. Die in 4A und 4B gezeigte vorstehende Steuerung ist ein Beispiel für den Wärmeerhöhungsbetrieb, in dem die Zeit für jeden Übergangszustand und die Anzahl der Übergangszustände gesteuert werden, so dass sie größer als in dem allgemeinen Betriebszustand sind. Jedoch kann jeder ineffiziente Steuerbetrieb zum Verringern des Wirkungsgrads des elektronischen Elements im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand in dem Wärmeerhöhungsbetrieb des Leistungselements 111 verwendet werden.
Wenn in dem in 5 gezeigten Beispiel eine Heizung von einer Vorrichtung benötigt wird, erhöht die Steuervorrichtung 120 eine in das Leistungselement 111 eingegebene relative Einschaltdauer anstatt die in das in 4A gezeigte Leistungselement 111 eingegebene Antriebsfrequenz zu erhöhen. Selbst in dem in 5 gezeigten Beispiel kann der ineffiziente Steuerbetrieb des elektronischen Elements einschließlich des Leistungselements 111 durchgeführt werden, um die von dem elektronischen Element erzeugte Wärme zu erhöhen. Alternativ kann durch Kombinieren der Erhöhung der Antriebsfrequenz und der Verringerung der relativen Einschaltdauer, die in das Leistungselement 111 eingegeben werden, der ineffiziente Steuerbetrieb des elektronischen Elements einschließlich des Leistungselements 111 durchgeführt werden, um die von dem elektronischen Element erzeugte Wärme zu erhöhen.
In dem Beispiel von 5 ist die Wellenform des in dem Wärmeerhöhungsbetrieb in das Leistungselement 111 eingegebenen Impulssignals eine rechteckige Wellenform. Jedoch kann die Wellenform des in dem Wärmeerhöhungsbetrieb in das Leistungselement 111 eingegebenen Impulssignals, wie in 6 gezeigt, eine Trapezwellenform sein. Selbst in dem in 6 gezeigten Beispiel kann der ineffiziente Steuerbetrieb des elektronischen Elements einschließlich des Leistungselements 111 durchgeführt werden, um die von dem elektronischen Element erzeugte Wärme zu erhöhen. In dem in 6 gezeigten wellenförmigen Signal, das in das Leistungselement 111 eingegeben wird, sind die Anstiegszeit und die Abfallzeit des Umschaltens im Vergleich zu dem in 5 gezeigten Beispiel kürzer gemacht. In dem wellenförmigen Signal von 6 kann die Zeit des Übergangszustands, in dem die Spannung oder der Strom steigt oder fällt, länger gemacht werden, wodurch die Wärmeerzeugungszeit verlängert wird und die Wärmeerzeugung des elektronischen Elements erleichtert wird.
Als ein anderes Beispiel für den Wärmeerhöhungsbetrieb können/kann der Strom und/oder die Spannung, die von der Schaltstromversorgungsvorrichtung ausgegeben werden, von der Steuervorrichtung 120 im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand derart gesteuert werden, dass sie/er größer werden/wird. Der Wärmeerhöhungsbetrieb ist ein Betrieb zum Erhöhen der an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegten Last im Vergleich mit dem allgemeinen Betriebszustand. In diesem Fall wird der Ausgangsstromwert oder die Ausgangsspannungswert des elektronischen Elements von der Steuervorrichtung 120 derart gesteuert, dass er höher als der Ausgangsstromwert oder der Ausgangspannungswert in dem allgemeinen Betriebszustand ist. Selbst in diesem Fall kann der ineffiziente Steuerbetrieb des elektronischen Elements einschließlich des Leistungselements 111 durchgeführt werden, um die von dem elektronischen Element erzeugte Wärme zu erhöhen. Wenigstens zwei der vorstehend beschriebenen ineffizienten Steuerbetriebe in dem elektronischen Element können kombiniert werden, wodurch die Wärmeerzeugungsmenge des elektronischen Elements und die Verbesserung der Heizkapazität einer Vorrichtung mit einer Heizanforderung weiter verbessert wird.
Als nächstes wird ein Steuerbetrieb des Wärmemanagementsystems in dem Heizanforderungszustand unter Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerbetrieb in dem Heizanforderungszustand des Wärmemanagementsystems zeigt, der von der Steuervorrichtung 120 durchgeführt wird.
Wenn eine Leistungsquelle der Steuervorrichtung 120 eingeschaltet wird, wird bei Schritt S10 bestimmt, ob eine Heizanforderung von Vorrichtungen einschließlich der Fahrzeugantriebsvorrichtungen und/oder einer Klimatisierungsvorrichtung vorliegt. Die Fahrzeugantriebsvorrichtungen sind Vorrichtungen, die zum Fahren des Fahrzeugs verwendet werden, und umfassen zum Beispiel den Verbrennungsmotor 11, den Motor 102 und den Brennstoffzellenstapel 101. Die Klimatisierungsvorrichtung wird für die Klimatisierung in dem Fahrzeugraum 40 verwendet und umfasst zum Beispiel Komponenten eines Kältemittelkreislaufs zum Klimatisieren und den Heizungskern 13. Im Allgemeinen ist die Heizung erforderlich, wenn die Fahrzeugantriebsvorrichtung oder die Klimatisierungsvorrichtung in einem Niedertemperaturzustand ist und es schwierig ist, dass sie ihre Funktion ausreichend ausführt. Der Niedertemperaturzustand kann von einer Erfassungseinheit erfasst werden, und ein Heizanforderungssignal wird von der Erfassungseinheit an die Steuervorrichtung 120 gesendet. Dann bestimmt die Steuervorrichtung 120 basierend auf dem Signal von der Erfassungseinheit, ob die Heizung notwendig ist.
Ein Beispiel für eine Heizanforderung von dem Zellenstapel 101 wird unter Bezug auf 7 beschrieben. Zuerst werden Informationen in Bezug auf jeweilige Zellenmodule in dem Zellenstapel 101 in die Steuervorrichtung 120 eingegeben, um eine Zellentemperatur Td zu erfassen. Dann wird bestimmt, ob die Zellentemperatur Td niedriger als eine vorgegebene Temperatur T1 ist. Wenn die Zellentemperatur Td des Zellenstapels 101 nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, wird bestimmt, dass bei Schritt S10 keine Heizung angefordert wird, und bei Schritt S40 wird eine allgemeine Temperatursteuerung durchgeführt. In der allgemeinen Temperatursteuerung des Zellenstapels 101 wird die Temperatur der Zellenmodule des Zellenstapels 101 in einen vorgegebenen Temperaturbereich gesteuert, so dass die Zellenmodule effektiv betrieben werden können. Zum Beispiel steuert die Steuervorrichtung 120 die Durchgangseinstellungsvorrichtungen 14, 25, um eine Kühlmittelströmung zu steuern, steuert die Ausgabe der Pumpen 12, 22, um die Strömungsmenge in der Kühlmittelströmung zu steuern, und steuert den Betrieb des Gebläseelements 130. Nachdem die allgemeine Temperatursteuerung durchgeführt wird, kehrt das Steuerverfahren zu Schritt S10 zurück und das Verfahren der folgenden Schritte wird durchgeführt. In der allgemeinen Temperatursteuerung des Zellenstapels 101 wird von dem Gebläseelement 130 Luft zu dem Zellenstapel 101 geblasen, um die Temperatur der jeweiligen Zellenmodule auf den vorgegebenen Bereich zu steuern (zu kühlen). Folglich können die Zellenmodule des Zellenstapels 101 effizient betrieben werden.
Wenn im Gegensatz dazu die Zellentemperatur Td bei Schritt S10 niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, bestimmt die Steuervorrichtung 120, dass es eine Heizanforderung von dem Zellenstapel 101 gibt, und bewirkt, dass das Leistungselement 111 (d. h. die Schaltstromversorgungsvorrichtung) in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben werden soll. Das heißt, das Leistungselement 111, das die elektrische Leistungsausgabe an das elektronische Element einstellt, wird bei Schritt S20 ineffizient betrieben, um die Wärmeerzeugung von dem elektronischen Element zu erhöhen. Zum Beispiel wird/werden in dem ineffizienten Steuerbetrieb die Antriebsfrequenz oder/und die relative Einschaltdauer, die an das Leistungselement 111 angelegt werden, erhöht, oder/und die Anstiegszeit und ähnliches des Umschaltens des Eingangssignals des Leistungselements 111 kann erhöht werden. Folglich können/kann die Anzahl der Übergangszustände mit der Änderung des Stroms und der Spannung und/oder die Gesamtzeit der Übergangszustände mit der Änderung des Stroms und der Spannung größer als in dem allgemeinen Betriebszustand sein. Folglich kann die Wärmeerzeugungsanzahl oder/und die mittlere Wärmeerzeugungsmenge in dem elektronischen Element im Vergleich zu der allgemeinen Betriebszeit erhöht werden, wodurch die Wärmeabstrahlungsmenge nach außen erhöht wird und auch die Wärmeerzeugungsmenge des elektronischen Elements, wie etwa des Stromrichters 21, erhöht wird.
Außerdem wird bei Schritt S20 die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 gesteuert, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 29 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird gesteuert, so dass das aus dem Heizungskern 13 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 gesteuert, so dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird gezielt von dem elektronischen Element (z. B. dem Stromrichter 21) erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und über den Umleitungsdurchgang 29 an die Außenluft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Auf diese Weise wird in den Heizungskern 13 geblasene Luft geheizt, und die geheizte Luft wird von dem Gebläseelement 130 an den Zellenstapel 101 gesendet. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in den jeweiligen Zellenmodulen erhöht, und die Heizung des Zellenstapels 101 kann durchgeführt werden.
Der Wärmeerhöhungsbetrieb von Schritt S20 wird kontinuierlich durchgeführt, bis die Heizanforderung aufgehoben wird. Das heißt, bis bei Schritt S30 bestimmt wird, dass die Zellentemperatur Td nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, wird der Wärmeerhöhungsbetrieb von Schritt S20 kontinuierlich durchgeführt. Wenn die Zellentemperatur Td bei Schritt S30 nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, ist es unnötig, dass die Heizung durchgeführt wird, wodurch bei Schritt S40 der Wärmeerhöhungsbetrieb beendet wird und die allgemeine Temperatursteuerung durchgeführt wird.
Als nächstes werden der Betrieb der Komponenten des Wärmemanagementsystems und die Wärmeerzeugung von dem Wärmemanagementsystem, wenn eine Heizung von einer anderen Komponente als dem Zellenstapel 101 benötigt wird, unter Bezug auf 1 beschrieben.
Wenn von dem Verbrennungsmotor 11 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Verbrennungsmotors 11 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 27 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, um in den Motor 11 zu strömen, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 in den ersten Kühlmittelkreis 10 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 derart gesteuert, dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 27 an den Verbrennungsmotor 11 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel in dieser Reihenfolge durch den Heizungskern 13, den Umleitungsdurchgang 18 und den Umleitungsdurchgang 26 und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreis zirkuliert, um Wärme von dem elektronischen Element (z. B. Stromrichter 21) an den Verbrennungsmotor 11 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur des Verbrennungsmotors 11 erhöht, und das Heizen des Verbrennungsmotors 11 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Motor 102 für das Fahren eines Fahrzeugs eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Wärmeanforderungszustand des Motors 102 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Kühlmitteldurchgang 28 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und der Thermostat 23 wird derart gesteuert, dass das aus dem Motor 102 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Kühlmitteldurchgang 28 an den Motor 102 übertragen. Das Kühlmittel zirkuliert durch den Motor 102, den Umleitungsdurchgang 26 und den Stromrichter 21 in dieser Reihenfolge. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreis zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Motor 102 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 102 erhöht, und das Heizen des Motors 102 kann durchgeführt werden.
Wenn, wie in einem Fall, in dem die Heizkapazität zum Heizen des Fahrzeugraums unzureichend ist, eine Heizung des Heizungskerns 13 erforderlich ist, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Heizungskerns 13 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 29 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 in dem ersten Kühlmittelkreis 10 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 derart gesteuert, dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Folglich wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 29 an Luft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel durch den Heizungskern 13, den Umleitungsdurchgang 18 und den Umleitungsdurchgang 26 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird in dem vorstehenden Kühlmittelkreislauf kontinuierlich zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Heizungskern 13 zu übertragen, wodurch Luft, die den Heizungskern 13 durchläuft, geheizt wird. Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungsmenge von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 erhöht, wodurch die Heizkapazität in dem Fahrzeugraum verbessert wird.
Als nächstes werden der Betrieb und die Vorteile des Wärmemanagementsystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Wärmemanagementsystem ist mit elektronischen Elementen, wie etwa dem Stromrichter 21, dem Spannungserhöhungswandler 109 und dem Gleichstromwandler 110 versehen, wobei ein elektrischer Ausgang durch das Leistungselement 111 eingestellt wird. Das Wärmemanagementsystem ist ferner mit der Steuervorrichtung 120 versehen, die den Betrieb des Leistungselements 111 steuert, um den Betrieb der elektronischen Elemente zu steuern. Wenn die Steuervorrichtung 120 eine Heizanforderung von irgendeiner der Fahrzeugantriebsvorrichtung zum Antreiben des Fahrzeugs und der Klimatisierungssteuerung, die zum Klimatisieren des Fahrzeugraums betrieben wird, empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, wodurch die von den elektronischen Elementen erzeugte Wärme erhöht wird. Die erzeugte Wärme wird an die Vorrichtung mit der Heizanforderung geliefert.
Wenn die Steuervorrichtung 120 die Heizanforderung von der Vorrichtung empfängt, wird das Leistungselement 111 (die Schaltstromversorgungsvorrichtung) mit dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben, so dass die Wärmeerzeugungsmenge des/der elektronischen Elements/e im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht wird. Folglich kann die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb zielgerichtet erzeugte Wärme an die Vorrichtung mit einer Heizanforderung, wie etwa eine Fahrzeugantriebsvorrichtung und eine Klimatisierungsvorrichtung, geliefert werden. Daher kann das Heizen der Vorrichtung unter Verwendung der in dem Fahrzeug vorhandenen elektronischen Elemente effektiv durchgeführt werden. Das heißt, in dem Wärmemanagementsystem kann unter Verwendung eines Kreislaufs, der die in dem Fahrzeug erzeugte Wärme verwendet, eine Thermik erzeugt werden, so dass das Heizen ohne die Verwendung eines speziellen Heizapparats durchgeführt werden kann. Außerdem werden die elektronischen Elemente, die für das Fahrzeug notwendig sind, in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben, um zielgerichtet Wärme zu erzeugen. Daher kann die Zeit der Leerlaufanforderung in dem Fahrzeug verringert werden, wodurch die Brennstoffverbrauchsleistung in dem Fahrzeug verbessert wird.
Die Steuervorrichtung 120 führt den ineffizienten Steuerbetrieb als den Wärmeerhöhungsbetrieb durch, in dem die Anzahl der Übergangszustände, in denen die Strom- und die Spannungszunahme oder Abnahme oder/und die Zeit des Übergangszustands im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand größer festgelegt sind. In dem ineffizienten Steuerbetrieb wird das Leistungselement 111 (die Schaltstromversorgungsvorrichtung) derart betrieben, dass die Anzahl der Übergangszustände oder/und die Zeit der Übergangszustände größer festgelegt werden als in dem allgemeinen Betriebszustand, um den Schaltverlust und den Leitungsverlust des elektronischen Elements weiter als den des allgemeinen Betriebszustands zu erhöhen. Auf diese Weise kann von dem elektronischen Element erzeugte Wärme erhöht werden. Durch Steuern des Betriebs des vorhandenen elektronischen Elements kann die Heizung aufgrund des Wärmemanagementsystems effektiv erhöht werden, und das Heizen der Vorrichtung mit der Heizanforderung kann erleichtert werden. Der Schaltverlust ist ein Verlust, der erzeugt wird, während ein eingebauter Transistor von ein nach aus übergeht oder von aus nach ein übergeht, und der Leitungsverlust ist ein Verlust, nachdem der Transistor vollständig eingeschaltet ist.
Die Steuervorrichtung 120 führt den ineffizienten Steuerbetrieb durch, um durch Eingeben eines Steuersignals zum Erhöhen der Antriebsfrequenz und/oder der relativen Einschaltdauer in die Schaltstromversorgungsvorrichtung im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand die Wärmeerzeugung von dem/den elektronischen Element/en zu erhöhen.
In dem Wärmeerhöhungsbetrieb werden der Schaltverlust und der Leitungsverlust des elektronischen Elements weiter als der des allgemeinen Betriebszustands erhöht. Auf diese Weise kann von dem elektronischen Element erzeugte Wärme erhöht werden. Durch Steuern des Betriebs des vorhandenen elektronischen Elements kann das Heizen aufgrund des Wärmemanagementsystems richtig erhöht werden, und das Heizen einer Vorrichtung mit einer Heizanforderung kann erleichtert werden.
Die Steuervorrichtung 120 führt den Wärmeerhöhungsbetrieb derart durch, dass der an das Leistungselement 111 angelegte Strom und/oder die Spannung höher als in dem allgemeinen Betriebszustand gemacht werden/wird. In dem Wärmeerhöhungsbetrieb wird das Leistungselement (die Schaltstromversorgungsvorrichtung) derart betrieben, dass der Strom und/oder die Spannung höher als in dem allgemeinen Betriebszustand gemacht werden/wird, um Schaltverluste und Leitungsverluste des elektronischen Elements weiter als die des allgemeinen Betriebszustands zu erhöhen. Auf diese Weise kann die von dem elektronischen Element erzeugte Energie erhöht werden. Durch Steuern des Betriebs des vorhandenen elektronischen Elements kann die Heizung aufgrund des Wärmemanagementsystems richtig erhöht werden, und das Heizen einer Vorrichtung mit einer Heizanforderung kann erleichtert werden.
Das elektronische Element ist zum Beispiel der Stromrichter 21 und/oder der Spannungserhöhungswandler 109 und/oder der Gleichstromwandler 110, die in dem Fahrzeug vorhanden sind. Folglich ist es unnötig, einen neuen speziellen Heizungsapparat bereitzustellen, wodurch der Montageraum und die Kosten des Wärmemanagementsystems gesenkt werden. Mehrere elektronische Elemente zum Erzeugen von Wärme können entsprechend der in der Heizung benötigten Wärmemenge geeignet kombiniert werden, wodurch die erzeugte Wärme effizient verwendet wird.
Zum Beispiel kann die Fahrzeugantriebsvorrichtung, welche die Lieferung der durch den Wärmeerhöhungsbetrieb in dem Heizanforderungszustand erzeugte Wärme empfängt, der Zellenstapel 101 sein, der elektrische Leistung an den Motor 102 zuführen kann, der als eine Antriebsquelle für das Fahren des Fahrzeugs verwendet wird. In diesem Fall kann die durch den Wärmeerhöhungsbetrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung erzeugte Wärme effektiv für den Zellenstapel 101 verwendet werden. Daher kann bei einer niedrigen Temperatur des Zellenstapels 101 der Innenwiderstand des Zellenstapels 101 verringert werden, um eine Knappheit des Stroms oder der Spannung beim Entladen der Batterie zu verhindern und die Überladung der Spannung beim Laden der Batterie zu verhindern. Als ein Ergebnis kann ein Batterieschaden des Zellenstapels 101 verringert werden.
Die Fahrzeugantriebsvorrichtung, welche die Zufuhr von Wärme empfängt, die durch den Wärmeerhöhungsbetrieb in dem Heizanforderungszustand erzeugt wird, kann der Fahrzeugmotor 11 sein. In diesem Fall kann die durch den Wärmeerhöhungsbetrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung erzeugte Wärme an den Fahrzeugmotor 11 zugeführt werden. Daher können sowohl der Brennstoffverbrauchswirkungsgrad als auch die Fahrzeugantriebsleistung bei niedrigen Kosten verbessert werden.
Die Fahrzeugantriebsvorrichtung, die die Zufuhr von Wärme durch den Wärmeerhöhungsbetrieb in dem Heizanforderungszustand empfängt, kann der Motor 102 sein, der als eine Antriebsquelle für das Fahren des Fahrzeugs verwendet wird. In diesem Fall kann die durch den Wärmeerhöhungsbetrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung erzeugte Wärme an den Motor 102 geliefert werden. Auf diese Weise kann der Motor 102 mit einer vorgegebenen Leistung betrieben werden, wodurch die Stromleistung, der Brennstoffverbrauchswirkungsgrad und die Laufleistung in einem Fahrzeug, wie etwa einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug oder ähnlichem bei niedrigen Kosten verbessert werden.
Die Klimatisierungsvorrichtung, die die Wärmezufuhr durch den Wärmeerhöhungsbetrieb in dem Heizanforderungszustand empfängt, ist der Heizungskern 13, der Luft heizt, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll. In diesem Fall kann durch den Wärmeerhöhungsbetrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung erzeugte Wärme an den Heizungskern 13 geliefert werden. Daher kann die Klimatisierungsleistung bei niedrigen Kosten effektiv verbessert werden.
Das Wärmemanagementsystem umfasst den Zellenstapel 101, den Motor 102, den Verbrennungsmotor 11 und den Heizungskern 13, die als die Vorrichtung verwendet werden, die fähig ist, deren Heizung unter Verwendung der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugten Wärme durchzuführen. Auf diese Weise kann die erzeuge Wärme für verschiedene Vorrichtungen in dem Fahrzeug bei geringen Kosten effektiv verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21), der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, als auch der Motor 102, der das Heizen anfordert, derart bereitgestellt, dass sie den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem gleichen Kühlmittelkreis durchführen, in dem das Kühlmittel zirkuliert. Folglich wird die von dem elektronischen Element (z. B. dem Stromrichter 21) durch den Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium an den Motor 102 mit der Heizanforderung geliefert. Folglich wird durch das Kühlmittel des gleichen Kühlmittelkreises, in dem der Motor 102 und das elektronische Element angeordnet sind, ein Wärmezuführungsweg bereitgestellt. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen des Motors 102 unter Verwendung des Kühlmittelkreises eines Systems mit einer einfachen Struktur durchführen.
Außerdem sind das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21), das in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, und die Vorrichtungen (z. B. der Verbrennungsmotor 11, der Heizungskern 13), die das Heizen anfordern, bereitgestellt, um den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in den getrennten Kühlmittelkreisen (10, 20), in denen jeweils das Kühlmittel zirkuliert, durchzuführen. Die Steuervorrichtung 120 steuert die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25, so dass der zweite Kühlmittelkreis 20, in dem das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21) angeordnet ist, mit dem ersten Kühlmittelkreis 10 verbunden ist, in dem die Vorrichtung (11, 13) mit der Heizanforderung angeordnet ist. Folglich wird die von dem elektronischen Element durch den Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium an die Vorrichtung mit der Heizanforderung geliefert. Folglich kann das elektronische Element durch den Kühlmittelweg selektiv mit den Vorrichtungen mit der Heizanforderung verbunden werden, die in den getrennten Kühlmittelkreisen bereitgestellt sind. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen durch Kombinieren von Kühlmittelkreisen mehrerer Systeme durchführen.
Wenn die Steuervorrichtung 120 eine Heizanforderung von dem Zellenstapel 101 empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass der Heizungskern 13 und das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21) über einen Kühlmittelkreis miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise wird durch den Wärmeerhöhungsbetrieb des elektronischen Elements (z. B. Stromrichter 21) erzeugte Wärme über das Kühlmittel in dem Heizungskern 13 an Luft übertragen, und die als das Wärmemedium verwendete geheizte Luft wird an den Zellenstapel 101 als die Hochspannungsbatterie übermittelt.
Folglich kann die Wärmezuführungsmenge an die Batterie unter Verwendung einer Wärmeübertragung über das Kühlmittel und einer Wärmeübertragung über Luft erhöht werden.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 8 beschrieben. 8 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß der zweiten Ausführungsform. In 8 sind die Teile, die ähnlich denen des Wärmemanagementsystems der ersten Ausführungsform sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
In dem vorstehend beschriebenen Wärmemanagementsystem der ersten Ausführungsform wird das Heizen des Zellenstapels 101 unter Verwendung von Luft durchgeführt, die von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 geheizt wird. Im Gegensatz dazu ist der Zellenstapel 101 in dem Wärmemanagementsystem der zweiten Ausführungsform in einem zweiten Kühlmittelkreis 20 angeordnet, so dass der Zellenstapel 101 von dem Kühlmittel direkt gekühlt werden kann. Insbesondere ist der Zellenstapel 101 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 bereitgestellt, so dass das in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 zirkulierende Kühlmittel mit dem Zellenstapel 101 Wärme austauscht.
Außerdem ist neben dem Umleitungsdurchgang 27, dem Kühlmitteldurchgang 28 und dem Umleitungsdurchgang 29 ein Umleitungsdurchgang 30 von dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verzweigt, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in Richtung einer Seite des Strahlers 24 strömt, während es den Motor 102 umgeht. Eine Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A befindet sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20, um ein Strömungsverhältnis des zu dem Motor 101, zu dem Heizungskern 13, zu dem Verbrennungsmotor 11 und zu einer Seite des Stapels 101 (oder einer Seite des Umleitungsdurchgangs 26) strömenden Kühlmittels aus der von dem Stromrichter 21 strömenden Kühlmittelmenge einzustellen, so dass es jeweils in einem Bereich von 0% bis 100% liegt. Das heißt, die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A kann die Strömung des Kühlmittels von dem Stromrichter 21 zu jeder der folgenden schalten: zu der Seite des Motors 102, der Seite des Heizungskerns 13, der Seite des Verbrennungsmotors 11 und der Seite des Zellenstapels. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A kann durch ein Strömungseinstellungsventil, ein Strömungsumschaltventil oder ähnliches aufgebaut werden.
Als nächstes wird unter Bezug auf 8 der Betrieb des Wärmemanagementsystems der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, wenn von jeweiligen Vorrichtungen eine Heizung benötigt wird.
Wenn von dem Zellenstapel 101 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Zellenstapels 101 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 30 strömt, während es den Motor 102 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 umgeht, und der Thermostat 23 wird derart gesteuert, dass das zu dem Umleitungsdurchgang 30 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 30 und den Umleitungsdurchgang 26 an den Zellenstapel 101 abgestrahlt. Auf diese Weise zirkuliert das Kühlmittel zwischen dem Stromrichter 21 und dem Zellenstapel 101, ohne in den Motor 102 und den Strahler 24 zu strömen, um effektiv Wärme von dem Stromrichter 21 an den Zellenstapel 101 abzustrahlen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Zellenstapel 101 erhöht, und das Heizen des Zellenstapels 101 kann kontinuierlich durchgeführt werden.
Wenn von dem Verbrennungsmotor 11 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizungsanforderungszustand des Motors 11 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 27 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, um in den Verbrennungsmotor 11 zu strömen, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 in den ersten Kühlmittelkreis 10 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 derart gesteuert, dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Folglich wird von dem Stormrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 27 an den Verbrennungsmotor 11 abgestrahlt. Das Kühlmittel von dem Verbrennungsmotor 11 strömt durch den Heizungskern 13, den Umleitungsdurchgang 18 und den Umleitungsdurchgang 26 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreis zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Verbrennungsmotor 11 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Verbrennungsmotor 11 erhöht, und das Heizen des Verbrennungsmotors 11 kann effektiv durchgeführt werden.
Wenn von dem Motor 102 für das Fahren eines Fahrzeugs eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Motors 102 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Kühlmitteldurchgang 28 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und der Thermostat 23 wird derart gesteuert, dass das aus dem Motor 102 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Folglich wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Kühlmitteldurchgang 28 an den Motor 102 abgestrahlt. Das Kühlmittel zirkuliert in dem Motor 102, dem Umleitungsdurchgang 26 und dem Stromrichter 21 in dieser Reihenfolge. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreis zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Motor 102 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 102 erhöht, und das Heizen des Motors 102 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Heizungskern 13, wie etwa in einem Fall, in dem die Heizkapazität zum Heizen des Fahrzeugraums unzureichend ist, eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. in dem Heizanforderungszustand des Heizungskerns 13 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 29 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 strömende Kühlmittel in dem ersten Kühlmittelkreis 10 in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 derart gesteuert, dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Folglich wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und über den Umleitungsdurchgang 29 an Luft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel durch den Heizungskern 13, den Umleitungsdurchgang 18 und den Umleitungsdurchgang 26 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreis zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Heizungskern 13 zu übertragen, wodurch den Heizungskern 13 durchlaufende Luft effektiv geheizt wird. Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungsmenge von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 erhöht, wodurch die Heizkapazität in dem Fahrzeugraum verbessert wird.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Das Wärmemanagementsystem umfasst den Zellenstapel 101, den Motor 102, den Verbrennungsmotor 11 und den Heizungskern 13, die als die Vorrichtungen verwendet werden, die fähig sind, deren Heizung unter Verwendung der Wärme durchzuführen, die von dem elektronischen Element in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugt wird. Folglich kann die erzeugte Wärme effektiv für verschiedene Vorrichtungen in dem Fahrzeug verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21), der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, als auch die Vorrichtung (z. B. der Motor 102 und der Zellenstapel 101), die die Heizung benötigt, bereitgestellt, um den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem gleichen Kühlmittelkreis durchzuführen, in dem das Kühlmittel zirkuliert. Auf diese Weise wird von dem elektronischen Element durch den Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium an den Motor 102 oder den Zellenstapel 101 mit der Heizanforderung geliefert. Folglich wird durch das Kühlmittel des gleichen Kühlmittelkreises, in dem der Motor 102, der Zellenstapel 101 und das elektronische Element angeordnet sind, ein Wärmezuführungsweg bereitgestellt. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen des Motors 102 oder des Zellenstapels 101 unter Verwendung des Kühlmittelkreises eines Systems mit einer einfachen Struktur durchführen.
(Dritte Ausführungsform)
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 9 beschrieben. 9 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß der dritten Ausführungsform. In 9 sind die Teile, die denen des Wärmemanagementsystems der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ähnlich sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
In dem Wärmemanagementsystem der dritten Ausführungsform befindet sich der Zellenstapel 101 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20, so dass der Zellenstapel 101 ähnlich der zweiten Ausführungsform direkt von dem Kühlmittel gekühlt werden kann. Das heißt, der Zellenstapel 101 ist in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 bereitgestellt, so dass das in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 zirkulierende Kühlmittel mit dem Zellenstapel 101 Wärme austauscht. Außerdem ist, wie in 9 gezeigt, zu dem Wärmemanagementsystem der zweiten Ausführungsform weiter ein Kühlmitteldurchgang in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 hinzugefügt, so dass er an einen Kältemitteldurchgang des Verdampfers 54 angrenzt. Der Verdampfer 54 ist eine Komponente eines Kältemittelkreislaufs für eine Fahrzeugklimaanlage. Der Verdampfer 54 ist eine Komponente eines Kältemittelkreislaufs für eine Fahrzeugklimaanlage. Der Verdampfer 54 befindet sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20, so dass das durch den Kältemitteldurchgang des Verdampfers 54 strömende Kältemittel mit dem in dem Kühlmitteldurchgang des Verdampfers 54 strömenden Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 Wärme austauscht. Der Kältemittelkreislauf 50 umfasst ferner neben dem Verdampfer 54 einen Kompressor 51 zum Komprimieren und Ausstoßen von Hochdruckkältemittel, einen Kondensator 52 zum Kühlen und Kondensieren des aus dem Kompressor 51 strömenden Kältemittels und eine Dekompressionsvorrichtung 53 zum Dekomprimieren des aus dem Kondensator 52 strömenden Kältemittels. Der Kompressor 51, der Kondensator 52, die Dekompressionsvorrichtung 53 und der Verdampfer 54 sind unter Verwendung von Rohrleitungen in dieser Reihenfolge verbunden, um den Kältemittelkreislauf 50 zu bilden.
Außerdem ist neben dem Umleitungsdurchgang 27, dem Kühlmitteldurchgang 28 und dem Umleitungsdurchgang 29 der Umleitungsdurchgang 30 von dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verzweigt, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in Richtung der Seite des Strahlers 24 strömt, während es den Motor 102 umgeht. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A befindet sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20, um ein Strömungsverhältnis des Kühlmittels, das zu dem Motor 102, zu dem Heizungskern 13, zum dem Verbrennungsmotor 11 und zu einer Seite des Stapels 101 (d. h. einer Seite des Kühlmitteldurchgangs 26) strömt, aus der von dem Stromrichter 21 strömenden Kühlmittelmenge jeweils in einem Bereich von 0% bis 100% einzustellen. Das heißt, die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A kann die Strömung des Kühlmittels von dem Stromrichter 21 zu einer beliebigen der folgenden schalten: der Seite des Motors 102, der Seite des Heizungskerns 13, der Seite des Verbrennungsmotors 11 und der Seite des Zellenstapels 101.
In der dritten Ausführungsform befindet sich der Verdampfer 54 in dem Klimaanlagengehäuse der Fahrzeugklimaanlage, und der Heizungskern 13 befindet sich in der Luftströmung stromabwärtig von dem Verdampfer 54, so dass Luft, die durch das Gebläse 55 den Verdampfer 54 durchlaufen hat, den Heizungskern 13 durchläuft.
Als nächstes wird unter Bezug auf 9 der Betrieb des Wärmemanagementsystems der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, wenn von jeweiligen Vorrichtungen eine Heizung benötigt wird.
Wenn von dem Zellenstapel 101 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Zellenstapels 101 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 30 strömt, während der Motor 102 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 umgangen wird, und der Thermostat 23 wird derart gesteuert, dass das zu dem Umleitungsdurchgang 30 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 30 und den Umleitungsdurchgang 26 an den Zellenstapel 101 abgestrahlt. Auf diese Weise zirkuliert das Kühlmittel zwischen dem Stromrichter 21 und dem Zellenstapel 101, ohne in den Motor 102 und den Strahler 24 zu strömen, um effektiv Wärme von dem Stromrichter 21 an den Zellenstapel 101 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Zellenstapel 101 erhöht, und das Heizen des Zellenstapels 101 kann kontinuierlich durchgeführt werden.
Wenn von dem Kältemittelkreislauf 50 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Kältemittelkreislaufs 50 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 30 strömt, während es den Motor 102 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 umgeht, und der Thermostat 23 wird derart gesteuert, dass das zu dem Umleitungsdurchgang 30 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Bei der Heizung des Kältemittelkreislaufs 50 zirkuliert das Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf 50. Auf diese Weise wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 30 und den Umleitungsdurchgang 26 an das Kältemittel in dem Verdampfer 54 abgestrahlt. Daher wird das Kältemittel in dem Verdampfer 54 geheizt, wodurch die Wärmeabstrahlung eines Niederdruckkältemittels, das von dem Kältemittelauslass der Dekompressionsvorrichtung 53 zu einer Kältemittelansaugöffnung des Kompressors 51 strömt, erleichtert wird und der Heizbetrieb des Fahrzeugraums erhöht wird. In der dritten Ausführungsform kehrt das aus dem Gleichrichter 21 strömende Kühlmittel zu dem Gleichrichter 21 zurück, ohne durch den Motor 102 und den Strahler 24 zu strömen, um effektiv Wärme von dem Stromrichter 21 an den Kältemittelkreislauf 50 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur des Kältemittels in dem Verdampfer 54 erhöht, und das Heizen des Kältemittelkreislaufs 50 kann kontinuierlich durchgeführt werden.
Die Anordnungsposition des Verdampfers 54 kann in dem Beispiel von 9 durch den Kondensator 52 geändert werden. Das heißt, der Kondensator 52 kann anstelle des Verdampfers 54 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 angeordnet sein. In diesem Fall wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 30 und den Umleitungsdurchgang 26 an den Kondensator 52 abgestrahlt. Daher wird das Kältemittel in dem Kondensator 52 geheizt, wodurch die Wärmeabstrahlung eines Hochdruckkältemittels, das von dem Kompressor 51 in den Kältemittelkreislauf 50 ausgestoßen wird, erleichtert wird und der Heizbetrieb des Fahrzeugraums erhöht wird.
Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreises 20 kann in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 zirkuliert werden, während es den Strahler 24 durchläuft, ohne den Wärmeerhöhungsbetrieb durchzuführen. Wenn der Kondensator 52 sich in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 befindet, wird das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreises 20 in dem Strahler 24 gekühlt, um Wärme abzustrahlen, so dass das Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf 50 über den zweiten Kühlmittelkreis 20 in dem Kondensator 52 gekühlt werden kann. Auf diese Weise kann das Kühlen des Hochdruckkältemittels des Kältemittelkreislaufs 50 erleichtert werden.
Wenn von dem Verbrennungsmotor 11 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 ähnlich der zweiten Ausführungsform in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Verbrennungsmotors 11 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A gesteuert, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 27 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, um in den Verbrennungsmotor 11 zu strömen, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 in dem ersten Kühlmittelkreis 10 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 28 derart gesteuert, dass das Kühlmittel, das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 27 an den Verbrennungsmotor 11 abgestrahlt. Das Kühlmittel von dem Verbrennungsmotor 11 strömt durch den Heizungskern 13, den Umleitungsdurchgang 18 und den Umleitungsdurchgang 26 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stormrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreislauf zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Verbrennungsmotor 11 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 11 erhöht, und das Heizen des Verbrennungsmotors 11 kann effektiv durchgeführt werden.
Wenn von dem Motor 102 für das Fahren eines Fahrzeugs eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 ähnlich der zweiten Ausführungsform in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Motors 102 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Kältemitteldurchgang 28 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und der Thermostat 23 wird derart gesteuert, dass das aus dem Motor 102 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Kühlmitteldurchgang 28 an den Motor 102 abgestrahlt. Das Kühlmittel zirkuliert in dem Motor 102, dem Umleitungsdurchgang 26 und dem Stromrichter in dieser Reihenfolge. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreislauf zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Motor 102 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 102 erhöht, und das Heizen des Motors 102 kann durchgeführt werden.
Wenn, wie in einem Fall, in dem die Heizkapazität zum Heizen des Fahrzeugraums unzureichend ist, von dem Heizungskern 13 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 ähnlich der zweiten Ausführungsform in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Heizungskerns 13 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25A derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 29 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 in dem ersten Kühlmittelkreis 10 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 derart gesteuert, dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 29 an Luft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel durch den Heizungskern 13, den Umleitungsdurchgang 18 und den Umleitungsdurchgang 26 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kreislauf zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Heizungskern 13 zu übertragen, um dadurch effektiv Luft zu heizen, die den Heizungskern 13 durchläuft. Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungsmenge von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 erhöht, wodurch die Heizkapazität in dem Fahrzeugraum verbessert wird.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Das Wärmemanagementsystem umfasst neben dem Zellenstapel 101, dem Motor 102, dem Verbrennungsmotor 11 und dem Heizungskern 13, die als die Vorrichtungen verwendet werden, die fähig sind, ihre Heizung unter Verwendung der von dem elektronischen Element in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugten Wärme durchzuführen, die Komponente des Kältemittelkreislaufs 50. Folglich kann die erzeugte Wärme effektiv für verschiedene Vorrichtungen einschließlich des Kältemittelkreislaufs 50 in dem Fahrzeug verwendet werden. Wenn von dem Kältemittelkreislauf 50 die Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung Wärme erzeugt, wobei die erzeugte Wärme an den Kältemittelkreislauf 50 geliefert wird.
Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform die aufgrund des Wärmeerhöhungsbetriebs der Schaltstromversorgungsvorrichtung erzeugte Wärme an den Kältemittelkreislauf 50 geliefert werden kann, kann die Leistung des Kältemittelkreislaufs 50 verbessert werden. Auf diese Weise kann die in dem Fahrzeug erzeugte Wärme effektiv für die Klimatisierung des Fahrzeugraums verwendet werden.
Das Wärmemanagementsystem umfasst die Komponenten des Kältemittelkreislaufs 50, den Zellenstapel 101, den Motor 102, den Verbrennungsmotor 11 und den Heizungskern 13, die als die Vorrichtungen verwendet werden, die fähig sind, ihre Heizung unter Verwendung der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugten Wärme durchzuführen. Auf diese Weise kann die erzeugte Wärme effektiv für verschiedene Vorrichtungen in dem Fahrzeug verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21), das in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, als auch die Vorrichtung (z. B. der Motor 102, der Zellenstapel 101, der Kältemittelkreislauf 50 einschließlich des Verdampfers 54 und des Kondensators 52), die die Heizung anfordert, bereitgestellt, um den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem gleichen Kühlmittelkreis durchzuführen, in dem das Kühlmittel zirkuliert. Auf diese Weise wird durch den Wärmeerhöhungsbetrieb von dem elektronischen Element erzeugte Wärme an den Motor 102, den Zellenstapel 101 und den Kältemittelkreislauf 50 mit der Heizanforderung unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium geliefert. Folglich wird durch das Kühlmittel des gleichen Kühlmittelkreises, in dem der Motor 102, der Zellenstapel 101, der Kältemittelkreislauf 50 und das elektronische Element angeordnet sind, ein Wärmezuführungsweg bereitgestellt. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen des Motors 102, des Zellenstapels 101 oder des Kältemittelkreislaufs 50 mit einer einfachen Struktur unter Verwendung des Kühlmittelkreises eines Systems durchführen.
(Vierte Ausführungsform)
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 10 beschrieben. 10 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß der vierten Ausführungsform. In 10 sind die Teile, die ähnlich denen des Wärmemanagementsystems der ersten Ausführungsform sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Beschreibung ist weggelassen.
In dem Wärmemanagementsystem der vierten Ausführungsform befindet sich der Gleichstromwandler 110, wie in 10 gezeigt, neben dem Zellenstapel 101 oder ist im Vergleich zu dem Wärmemanagementsystem der ersten Ausführungsform integral mit dem Zellenstapel 101 angeordnet. Der Gleichstromwandler 110 ist aufgebaut, um in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme zu erzeugen, so dass die von dem Gleichstromwandler 110 erzeugte Wärme effektiv zum Heizen des Zellenstapels 101 neben dem Gleichstromwandler 110 verwendet werden kann.
Der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems gemäß der vierten Ausführungsform werden unter Bezug auf 10 beschrieben.
Wenn die Steuervorrichtung 120 eine Heizanforderung des Zellenstapels 101 empfängt, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement in dem Gleichstromwandler 110 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Zellenstapels 101 wird das Gebläseelement 130 von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, um Luft von einer Seite des Gleichstromwandlers 110 zu dem Zellenstapel 101 zu blasen. Insbesondere steuert die Steuervorrichtung 120 die Ventilatordrehzahl und die Ventilatorrotationsrichtung des Gebläseelements 130, so dass von dem Gleichstromwandler 110 zielgerichtet erzeugte Wärme an den Zellenstapel 101 übertragen wird und über die Luft an den Zellenstapel 101 abgestrahlt wird. Auf diese Weise wird die Temperatur in dem Zellenstapel 101 durch die erzeugte Wärme erhöht, und das Heizen des Zellenstapels 101 kann effektiv durchgeführt werden.
Wenn das Heizen des Zellenstapels 101 durchgeführt wird, kann neben dem Wärmeerhöhungsbetrieb des Leistungselements des Gleichstromwandlers 110 der Wärmeerhöhungsbetrieb auch in dem Leistungselement 111 des Stromrichters 21 durchgeführt werden. In diesem Fall wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 25 von der Steuervorrichtung 120 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 29 in dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömt, und die Durchgangseinstellungsvorrichtung 14 wird von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das aus dem Heizungskern 13 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 18 strömt. Außerdem wird der Thermostat 23 gesteuert, so dass das von dem Umleitungsdurchgang 18 zu dem zweiten Kühlmittelkreis 20 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 26 strömt und zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt.
Auf diese Weise wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und über den Umleitungsdurchgang 29 an die Außenluft in dem Heizungskern 13 übertragen. Auf diese Weise wird von dem Gebläseelement 55 in den Heizungskern 13 geblasene Luft geheizt, und die geheizte Luft wird zu dem Zellenstapel 101 gesendet. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in den jeweiligen Zellenmodulen des Zellenstapels 101 unter Verwendung sowohl der Wärme von dem Gleichstromwandler 110 neben dem Zellenstapel 101 als auch der Wärme von dem Stromrichter 21 erhöht, und dadurch kann das Heizen des Zellenstapels 101 erleichtert werden.
Wenn von dem Verbrennungsmotor 11 eine Heizung benötigt wird, führt die Steuervorrichtung 120 die Steuerung des Wärmemanagementsystems ähnlich der ersten Ausführungsform durch, und dadurch können der Betrieb und Wirkungen ähnlich der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Wenn von dem Motor 102 für das Fahren eines Fahrzeugs eine Heizung benötigt wird, führt die Vorrichtung 120 die Steuerung des Wärmemanagementsystems ähnlich der ersten Ausführungsform durch, und dadurch können der Betrieb und Wirkungen ähnlich der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Wenn von dem Heizungskern 13 eine Heizung benötigt wird, führt die Steuervorrichtung 120 die Steuerung des Wärmemanagementsystems ähnlich der ersten Ausführungsform durch und dadurch können der Betrieb und Wirkungen ähnlich der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Gemäß dem Wärmemanagementsystem der vorliegenden Ausführungsform kann die Luftblasrichtung des Gebläseelements 130 eingerichtet sein, um zwischen einer ersten Richtung (d. h. einer Luftblasrichtung zum Kühlen des Zellenstapels) und einer zweiten Richtung (d. h. einer Luftblasrichtung zum Heizen des Zellenstapels) umgeschaltet zu werden, um die Temperatur des Zellenstapels 101 einzustellen. Folglich können neben dem Wärmeerhöhungsbetrieb des Leistungselements des Gleichstromwandlers 110 und dem Wärmeerhöhungsbetrieb des Leistungselements 111 des Stromrichters 21 das Kühlen und das Heizen des Zellenstapels 101 durchgeführt werden. Auf diese Weise können das Heizen und das Kühlen der Batterie, wie etwa des Zellenstapels 101, geeignet durchgeführt werden, wodurch der Brennstoffverbrauchswirkungsgrad zu niedrigen Kosten verbessert wird.
Selbst wenn in dem Wärmemanagementsystem der vorliegenden Ausführungsform das Heizen von dem Zellenstapel 101 erforderlich ist, ist der erste Kühlmittelkreis 10 mit dem zweiten Kühlmittelkreis 20 verbunden, so dass die von dem Stromrichter 21 erzeugte Wärme über das Kühlmittel an den Heizungskern 13 übertragen wird. Folglich kann die von dem Leistungselement des Stromrichters 21 erzeugte Wärme an Luft in dem Heizungskern 13 übertragen werden und wird über die Luft als das Wärmemedium an den Zellenstapel 101 geliefert.
Auf diese Weise kann das Heizen des Zellenstapels 101 unter Verwendung der Wärme von dem Gleichstromwandler 110 und der Wärme von dem Stromrichter 21 effektiv durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann das Heizen des Zellenstapels 101 erleichtert werden, und die Energie von den Komponenten des Fahrzeugs kann effektiver verwendet werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 11 beschrieben. 11 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß der fünften Ausführungsform. In 11 sind Teile, die denen des Wärmemanagementsystems der ersten Ausführungsform ähnlich sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Erklärung wird weggelassen.
In dem Wärmemanagementsystem der fünften Ausführungsform ist, wie in 11 gezeigt, im Vergleich zu dem Wärmemanagementsystem der ersten Ausführungsform der zweite Kühlmittelkreis 20 weggelassen, und der Stromrichter 21 und der Motor 102 sind in einem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10A angeordnet. Das heißt, in dem Wärmemanagementsystem der fünften Ausführungsform wird das Heizen der jeweiligen Vorrichtungen unter Verwendung des einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreises 10A, in dem das Kühlmittel zum Kühlen des Verbrennungsmotors 11 zirkuliert, und/oder unter Verwendung des Gebläseelements 130 durchgeführt. In dem Wärmemanagementsystem der fünften Ausführungsform ist die Komponente des Stromrichters 21 aus Materialien mit einem Temperaturwiderstand des in dem Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10A zirkulierenden Kühlmittels gefertigt.
Wie in 11 gezeigt, ist das Wärmemanagementsystem versehen mit: einem Verbindungsweg 19, durch den ein Kühlmittelweg im Inneren des Motors 102 mit einem Kühlmittelweg im Inneren des Verbrennungsmotors 11 verbunden ist, einer Durchgangseinstellungsvorrichtung 31, die sich in dem Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10A befindet, und einem Umleitungsdurchgang 32, durch den das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Heizungskern 13 strömt, während es den Verbrennungsmotor 11 umgeht. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 ist aufgebaut, um ein Verhältnis einer Strömungsmenge des Kühlmittels, das durch den Verbrennungsmotor 11 oder den Motor 102 strömt, und eine Strömungsmenge des Kühlmittels, das durch den Heizungskern 13 strömt, einzustellen, so dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Das heißt, die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 kann angeordnet werden, um eine Strömung des von dem Stromrichter 21 strömenden Kühlmittels zwischen einem mit dem Verbrennungsmotor 11 verbundenen Kreisdurchgang 33 und dem mit der Seite des Heizungskern 13 verbundenen Umleitungsdurchgang 32 umzuschalten. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 kann durch ein Strömungsmengeneinstellventil oder ein Schaltventil oder ähnliches aufgebaut werden.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems der fünften Ausführungsform unter Bezug auf 11 beschrieben, wenn von jeweiligen Vorrichtungen eine Heizung benötigt wird.
Wenn von dem Zellenstapel 101 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Zellenstapels 101 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 32 strömt, während es den Kühlmitteldurchgang 33 umgeht, und der Thermostat 16 wird derart gesteuert, dass das durch den Heizungskern 13 strömende Kühlmittel über den Umleitungsdurchgang 26 zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Außerdem steuert die Steuervorrichtung 120 das Gebläseelement 130, so dass Luft, die den Heizungskern 13 durchlaufen hat, zu dem Zellenstapel 101 geblasen wird. Die Steuervorrichtung 120 steuert die Ventilatordrehzahl des Gebläseelements 130.
Auf diese Weise wird die von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und über den Umleitungsdurchgang 32 an die Außenluft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Auf diese Weise wird die von dem Gebläseelement 130 in den Heizungskern 13 geblasene Luft geheizt, und die geheizte Luft wird an den Zellenstapel 101 geschickt. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in den jeweiligen Zellenmodulen des Zellenstapels 101 unter Verwendung von Wärme von dem Stromrichter 21 erhöht, und das Heizen des Zellenstapels 101 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Verbrennungsmotor 11 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Verbrennungsmotors 11 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel durch den Kühlmitteldurchgang 33 strömt und den Verbrennungsmotor 11 durchläuft, und der Thermostat 16 wird von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das Kühlmittel, das den Heizungskern 13 durchlaufen hat, durch den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Folglich wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Kühlmitteldurchgang 33 an den Verbrennungsmotor 11 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel von dem Verbrennungsmotor 11 durch den Heizungskern 13 und den Umleitungsdurchgang 17 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird in dem vorstehenden Kühlmittelkreis kontinuierlich zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Verbrennungsmotor 11 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Verbrennungsmotor 11 erhöht, und das Heizen des Motors 11 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Motor 102 für das Fahren eines Fahrzeugs eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Motors 102 werden die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 und der Thermostat 16 ähnlich der Heizung des Verbrennungsmotors 11 gesteuert, und der Motor 102 wird gesteuert, um durch den Verbindungsdurchgang 19 mit dem Verbrennungsmotor 11 in Verbindung zu stehen, so dass das Kühlmittel sowohl zu dem Motor 102 als auch dem Verbrennungsmotor 11 strömt. Daher kann von dem Kühlmittel übertragene Wärme über den Kühlmitteldurchgang 33 und den Verbindungsdurchgang 19 an den Motor 102 geliefert werden. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 102 erhöht, und das Heizen des Motors 102 kann durchgeführt werden.
Wenn, wie in einem Fall, in dem die Heizkapazität zum Heizen des Fahrzeugsraums unzureichend ist, von dem Heizungskern 13 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Heizungskerns 13 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel über den Umleitungsdurchgang 32 in den Heizungskern 13 strömt, und der Thermostat 16 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 32 an Luft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel über den Umleitungsdurchgang 32 durch den Heizungskern 13 und kehrt über den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird in dem vorstehenden Kühlmittelkreis kontinuierlich zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Heizungskern 13 zu übertragen, wodurch Luft, die den Heizungskern 13 durchläuft, geheizt wird. Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungsmenge von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 erhöht, wodurch die Heizkapazität in dem Fahrzeugraum verbessert wird.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. Das Wärmemanagementsystem umfasst den Zellenstapel 101, den Motor 102, den Verbrennungsmotor 11 und den Heizungskern 13, die als die Vorrichtungen verwendet werden, die fähig sind, ihre Heizung unter Verwendung der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugten Wärme durchzuführen. Folglich kann die erzeugte Wärme in dem Fahrzeug für verschiedene Vorrichtungen mit einer Heizanforderung effektiv verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl das elektronische Element (z. B. der Stromrichter 21), der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, als auch die Vorrichtung (z. B. der Motor 102, der Verbrennungsmotor 11 und der Heizungskern 13), die eine Heizung anfordert, in dem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10A bereitgestellt, um den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10A, in dem das Kühlmittel des Verbrennungsmotors 11 zirkuliert, durchzuführen. Auf diese Weise wird von dem elektronischen Element durch den Wärmeerhöhungsbetrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung erzeugte Wärme unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium an den Motor 102 und/oder den Verbrennungsmotor 11 und/oder den Heizungskern 13 mit der Heizanforderung geliefert. Folglich wird durch das Kühlmittel des einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreises 10A, in dem der Motor 102, der Verbrennungsmotor 11, der Heizungskern 13 und das elektronische Element (21, 110) angeordnet sind, ein Wärmezuführungsweg bereitgestellt. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen des Motors 102, des Verbrennungsmotors 11 und des Heizungskerns 13 und ähnlicher unter Verwendung des Kühlmittelkreises eines Systems mit einer einfachen Struktur durchführen.
(Sechste Ausführungsform)
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 12 beschrieben. 12 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß der sechsten Ausführungsform. In 12 sind die Teile, die ähnlich denen des Wärmemanagementsystems der fünften Ausführungsform sind oder diesen entsprechen, durch die gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Erklärung wird weggelassen.
In dem Wärmemanagementsystem der sechsten Ausführungsform ist, wie in 12 gezeigt, der in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschriebene zweite Kühlmittelkreis 20 weggelassen, und der Stromrichter 21 und der Motor 102 befinden sich ähnlich dem Wärmemanagementsystem der fünften Ausführungsform in einem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10B. In der sechsten Ausführungsform befindet sich der Zellenstapel 101 im Vergleich zu dem Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10A der fünften Ausführungsform auch in dem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10B. Das heißt, die Temperatur des Zellenstapels 101 wird über das Kühlmittel in dem einzigen Motorkühlmittelkreis 10B eingestellt.
Das Wärmemanagementsystem der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem Umleitungsdurchgang 34 versehen, durch den das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel zu der Seite des Strahlers 15 und der Seite des Zellenstapels 101 strömt, während es den Verbrennungsmotor 11 umgeht. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 ist aufgebaut, um ein Verhältnis einer Strömungsmenge des durch den Verbrennungsmotor 11 oder den Motor 102 strömenden Kühlmittels, einer Strömungsmenge des durch den Heizungskern 13 strömenden Kühlmittels und einer Strömungsmenge des durch den Strahler 15 oder den Umleitungsdurchgang 17 strömenden Kühlmittels derart einzustellen, dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Das heißt, die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 ist angeordnet, um eine Strömung des von dem Stromrichter 21 strömenden Kühlmittels auf irgendeinen der folgenden zu schalten: den Kühlmitteldurchgang 33, durch den das Kühlmittel zu dem Verbrennungsmotor 11 strömt, den Umleitungsdurchgang 32, durch den das Kühlmittel in Richtung des Heizungskerns 13 strömt, und den Umleitungsdurchgang 34, durch den das Kühlmittel in Richtung des Strahlers 15 oder des Umleitungsdurchgangs 17 strömt. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 kann durch ein Strömungsmengeneinstellventil oder ein Schaltventil oder ähnliches aufgebaut sein.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems gemäß der fünften Ausführungsform unter Bezug auf 12 beschrieben, wenn von jeweiligen Vorrichtungen eine Heizung benötigt wird.
Wenn von dem Zellenstapel 101 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Gleichrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Zellenstapels 101 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 34 strömt, und der Thermostat 16 wird derart gesteuert, dass das durch den Umleitungsdurchgang 34 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 17 in den Zellenstapel 101 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 34 und den Umleitungsdurchgang 17 an den Zellenstapel 101 abgestrahlt, ohne an den Strahler 15 abgestrahlt zu werden. Dann wird das Kühlmittel, das den Zellenstapel 101 durchlaufen hat, an den Stromrichter 21 zurückgeführt. Als ein Ergebnis wird die Temperatur des Zellenstapels 101 unter Verwendung von Wärme von dem Leistungselement 111 des Stromrichters 21 erhöht, und das Heizen des Zellenstapels 101 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Verbrennungsmotor 11 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Verbrennungsmotors 11 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 von der Steuervorrichtung 120 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel durch den Kühlmitteldurchgang 33 strömt, um zu dem Verbrennungsmotor 11 zu strömen, und der Thermostat 16 wird von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das Kühlmittel, das den Heizungskern 13 durchlaufen hat, über den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Auf diese Weise wird die zielgerichtet von dem Stromrichter 21 erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Kühlmitteldurchgang 33 an den Verbrennungsmotor 11 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel von dem Verbrennungsmotor 11 durch den Heizungskern 13 und den Umleitungsdurchgang 17 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird in dem vorstehenden Kühlmittelkreislauf kontinuierlich zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Verbrennungsmotor 11 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Verbrennungsmotor 11 erhöht, und das Heizen des Verbrennungsmotors 11 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Motor 102 für das Fahren eines Fahrzeugs eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Motors 102 werden die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 und der Thermostat 16 ähnlich der Heizung des Verbrennungsmotors 11 gesteuert, und der Motor 102 wird gesteuert, um durch den Verbindungsdurchgang 19 mit dem Verbrennungsmotor 11 in Verbindung zu stehen, so dass das Kühlmittel zu dem Motor 102 und dem Verbrennungsmotor 11 strömt. Daher kann von dem Kühlmittel übertragene Wärme über den Kühlmitteldurchgang 33 und den Verbindungsdurchgang 19 an den Motor 102 geliefert werden. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 102 erhöht, und das Heizen des Motors 102 kann durchgeführt werden.
Wenn, wie in einem Fall, in dem die Heizkapazität für das Heizen des Fahrzeugraums unzureichend ist, von dem Heizungskern 13 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Heizungskerns 13 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 32 strömt, während es den Kühlmitteldurchgang 33 umgeht, und der Thermostat 16 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 32 an Luft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel über den Umleitungsdurchgang 32 durch den Heizungskern 13 und kehrt über den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurück. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreislauf zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Heizungskern 13 zu übertragen, wodurch Luft, die den Heizungskern 13 durchläuft, geheizt wird. Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungsmenge von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 erhöht, wodurch die Heizkapazität in dem Fahrzeugraum verbessert wird.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagements gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben. Das Wärmemanagementsystem umfasst den Zellenstapel 101, den Motor 102, den Verbrennungsmotor 11 und den Heizungskern 13, die als die Vorrichtungen verwendet werden, die fähig sind, ihre Heizung unter Verwendung der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugten Wärme durchzuführen. Außerdem befindet sich der Zellenstapel 101 auch in dem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10B, in dem die in dem Stromrichter 21 erzeugte Wärme über das Motorkühlmittel übertragen wird. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10B zum Heizen und Kühlen des Zellenstapels 101 verwendet werden, wodurch die Temperatur des Zellenstapels 101 passend eingestellt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl das elektronische Element (z. B. der Gleichrichter 21, der Gleichstromwandler 110), das in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, als auch die Vorrichtung (z. B. der Motor 102, der Zellenstapel 101, der Verbrennungsmotor 11 und der Heizungskern 13), die eine Heizung anfordert, in dem einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreis 10B bereitgestellt, um den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem gleichen Motorkühlmittelkreis 10B, in dem das Kühlmittel zirkuliert, auszutauschen. Auf diese Weise wird von dem elektronischen Element durch den Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium an den Motor 102 und/oder den Zellenstapel 101 und/oder den Verbrennungsmotor 11 und/oder den Heizungskern 13 mit der Heizanforderung geliefert. Folglich wird durch das Kühlmittel des einzigen Verbrennungsmotorkühlmittelkreises 10B, in dem der Motor 102, der Zellenstapel 101, der Verbrennungsmotor 11, der Heizungskern 13 und das elektronische Element angeordnet sind, ein Wärmezuführungsweg bereitgestellt. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen des Motors 102 und/oder des Zellenstapels 101 und/oder des Verbrennungsmotors 11 und/oder des Heizungskerns 13 und ähnlicher unter Verwendung des Kühlmittelkreises eines Systems mit einer einfachen Struktur durchführen.
(Siebte Ausführungsform)
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 13 beschrieben. 13 zeigt ein Wärmemanagementsystem gemäß der siebten Ausführungsform. In 13 sind die Teile, die ähnlich denen des Wärmemanagementsystems der fünften oder sechsten Ausführungsform sind oder diesen entsprechen, durch die gleichen Bezugsnummern angezeigt, und ihre detaillierte Erklärung wird weggelassen.
In dem Wärmemanagementsystem der siebten Ausführungsform sind, wie in 13 gezeigt, Vorrichtungen einschließlich des Zellenstapels 101, des Motors 102 und des Heizungskerns 13 in einem einzigen Fluidkreis (z. B. einem einzigen Kühlmittelkreis) 10C bereitgestellt, ohne im Vergleich zu dem Wärmemanagementsystem der sechsten Ausführungsform den Verbrennungsmotor 11 aufzuweisen. Das Wärmemanagementsystem der siebten Ausführungsform kann geeignet für ein Fahrzeug ohne einen Verbrennungsmotor (z. B. Brennkraftmaschine), wie etwa ein Elektrofahrzeug und ein Brennstoffzellenfahrzeug, verwendet werden.
Das Wärmemanagementsystem der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem Umleitungsdurchgang 34 versehen, durch den ein Fluid, wie etwa das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel zu der Seite des Strahlers 15 und der Seite des Zellenstapels 101 strömt, während es den Motor 102 umgeht. Die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 ist aufgebaut, um ein Verhältnis einer Strömungsmenge des durch den Motor 102 strömenden Kühlmittels, einer Strömungsmenge des durch den Heizungskern 13 strömenden Kühlmittels und einer Strömungsmenge des durch den Strahler 15 oder den Umleitungsdurchgang 17 strömenden Kühlmittels derart einzustellen, dass es in einem Bereich von 0% bis 100% ist. Das heißt, die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 kann eine Strömung des von dem Stromrichter 21 strömenden Kühlmittels auf irgendeinen der folgenden schalten: den Kühlmitteldurchgang 33, durch den das Kühlmittel zu dem Motor 102 strömt, den Umleitungsdurchgang 32, durch den das Kühlmittel in Richtung des Heizungskerns 13 strömt, und den Umleitungsdurchgang 34, durch den das Kühlmittel in Richtung des Strahlers 15 oder des Umleitungsdurchgangs strömt, während es den Motor 102 und den Heizungskern 13 umgeht.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagementsystems gemäß der siebten Ausführungsform unter Bezug auf 13 beschrieben, wenn von jeweiligen Vorrichtungen eine Heizung benötigt wird.
Wenn von dem Zellenstapel 101 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Gleichrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Zellenstapels 101 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel in den Umleitungsdurchgang 34 strömt, und der Thermostat 16 wird derart gesteuert, dass das durch den Umleitungsdurchgang 34 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 17 in den Zellenstapel 101 strömt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 34 und den Umleitungsdurchgang 17 an den Zellenstapel 101 abgestrahlt, ohne an den Strahler 15 abgestrahlt zu werden. Dann wird das Kühlmittel, das den Zellenstapel 101 durchlaufen hat, an den Stromrichter 21 zurückgeführt. Als ein Ergebnis wird die Temperatur des Zellenstapels 101 unter Verwendung von Wärme von dem Leistungselement 111 des Stromrichters 21 erhöht, und das Heizen des Zellenstapels 101 kann durchgeführt werden.
Wenn von dem Motor 102 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Motors 102 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 von der Steuervorrichtung 120 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel durch den Kühlmitteldurchgang 33 strömt, um zu dem Motor 102 zu strömen, und der Thermostat 16 wird von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, so dass das Kühlmittel, das den Heizungskern 13 durchlaufen hat, durch den Umleitungsdurchgang 17 in dem einzigen Kühlmittelkreis 10C zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Auf diese Weise wird die zielgerichtet von dem Stromrichter 21 erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen wird zunächst über den Kühlmitteldurchgang 33 an den Motor 102 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel von dem Motor 102 durch den Heizungskern 13 und den Umleitungsdurchgang 17 in dieser Reihenfolge und kehrt zu dem Stromrichter 21 zurück, ohne den Strahler 15 zu durchlaufen. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreis zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Motor 102 zu übertragen. Als ein Ergebnis wird die Temperatur in dem Motor 102 erhöht, und das Heizen des Motors 102 kann durchgeführt werden.
Wenn, wie in einem Fall, in dem die Heizkapazität für das Heizen des Fahrzeugraums umzureichend ist, von dem Heizungskern 13 eine Heizung benötigt wird, bewirkt die Steuervorrichtung 120, dass das Leistungselement 111 des Stromrichters 21 in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird. In dem Heizanforderungszustand des Heizungskerns 13 wird die Durchgangseinstellungsvorrichtung 31 derart gesteuert, dass das aus dem Stromrichter 21 strömende Kühlmittel über den Umleitungsdurchgang 32 in den Heizungskern strömt, während es den Kühlmitteldurchgang 33 umgeht, und der Thermostat 16 wird derart gesteuert, dass das aus dem Heizungskern 13 strömende Kühlmittel durch den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurückkehrt. Auf diese Weise wird von dem Stromrichter 21 zielgerichtet erzeugte Wärme an das Kühlmittel übertragen und wird über den Umleitungsdurchgang 32 an Luft in dem Heizungskern 13 abgestrahlt. Dann strömt das Kühlmittel über den Umleitungsdurchgang 32 durch den Heizungskern 13 und kehrt über den Umleitungsdurchgang 17 zu dem Stromrichter 21 zurück, ohne den Strahler 15 zu durchlaufen. Das Kühlmittel wird kontinuierlich in dem vorstehenden Kühlmittelkreislauf zirkuliert, um Wärme von dem Stromrichter 21 an den Heizungskern 13 zu übertragen, wodurch Luft, die den Heizungskern 13 durchläuft, geheizt wird. Als ein Ergebnis wird die Wärmeabstrahlungsmenge von dem Kühlmittel in dem Heizungskern 13 erhöht, wodurch die Heizkapazität in dem Fahrzeugraum verbessert wird.
In dem Wärmemanagementsystem kann während des Heizens des Motors 102 oder des Heizungskerns 13 das Kühlmittel, das den Motor 102 oder/und den Heizungskern 13 durchlaufen hat, durch den Strahler 15 strömen, um die Temperatur des durch den Zellenstapel 101 strömenden Kühlmittels einzustellen.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen des Wärmemanagements gemäß der siebten Ausführungsform beschrieben. Das Wärmemanagementsystem umfasst den Zellenstapel 101, den Motor 102 und den Heizungskern 13, die als die Vorrichtungen verwendet werden, die fähig sind, ihre Heizung unter Verwendung der in dem Wärmeerhöhungsbetrieb des elektronischen Elements, wie etwa des Stromrichters 21, erzeugten Wärme durchzuführen. Außerdem befindet sich der Zellenstapel 101 in dem einzigen Kühlmittelkreis 10C, in dem der Motor 102 zum Fahren eines Fahrzeugs bereitgestellt ist. Auf diese Weise kann der Kühlmittelkreis 10C zum Heizen und Kühlen des Zellenstapels 101 und des Motors 102 verwendet werden, wodurch die Temperatur des Zellenstapels 101 und des Motors 102 in dem einzigen Kühlmittelkreis 10C passend eingestellt wird. Außerdem befindet sich der Heizungskern 13 in dem Kühlmittelkreis 10C, wodurch Luft unter Verwendung des Kühlmittels von dem Stromrichter 21 als eine Wärmequelle geheizt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl das elektronische Element (z. B. der Gleichrichter 21, der Gleichstromwandler 110), das in dem Wärmeerhöhungsbetrieb Wärme erzeugt, als auch die Vorrichtung (z. B. der Motor 102, der Zellenstapel 101 und der Heizungskern 13), die eine Heizung anfordert, in dem einzigen Kühlmittelkreis 10C bereitgestellt, um den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel in dem gleichen Kühlmittelkreis 10B, in dem das Kühlmittel des Motors 102 zirkuliert, durchzuführen. Auf diese Weise wird von dem elektronischen Element durch den Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung des Kühlmittels als ein Wärmeübertragungsmedium an den Motor 102 und/oder den Zellenstapel 101 und/oder den Heizungskern 13 mit der Heizanforderung geliefert. Folglich wird durch das Kühlmittel des einzigen Kühlmittelkreises, in dem der Motor 102, der Zellenstapel 101, der Heizungskern 13 und das elektronische Element angeordnet sind, ein Wärmezuführungsweg bereitgestellt. Daher kann das Wärmemanagementsystem das Heizen des Motors 102 und/oder des Zellenstapels 101 und/oder des Heizungskerns 13 und ähnlicher unter Verwendung des Kühlmittelkreises (Fluidkreises) eines Systems mit einer einfachen Struktur durchführen.
(Achte Ausführungsform)
Eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 14 bis 19 beschrieben.
In einer Zellenheizvorrichtung, die ein Beispiel für ein Wärmemanagementsystem der achten Ausführungsform ist, wird Wärme die in einem ineffizienten Steuerbetrieb von einem elektronischen Element erzeugt wird, über Luft an eine Batterie übertragen, wodurch die Batterie geheizt wird. Der ineffiziente Steuerbetrieb ist ein Wärmeerhöhungsbetrieb einer Schaltstromversorgungsvorrichtung, in dem von einem elektronischen Element erzeugte Wärme im Vergleich zu einem allgemeinen Betriebszustand der Schaltstromversorgungsvorrichtung erhöht ist.
Die Zellenheizvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann geeignet für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug und ein Brennstoffzellenfahrzeug verwendet werden. Zum Beispiel sind in dem Hybridfahrzeug eine Brennkraftmaschine und ein Motor, der von einer in einer Batterie geladenen elektrischen Leistung angetrieben wird, kombiniert, um als eine Fahrzeugantriebsquelle verwendet zu werden. In dem Elektrofahrzeug wird ein Motor als eine Fahrzeugantriebsquelle verwendet, der von einer in einer Batterie geladenen elektrischen Leistung angetrieben wird. In dem Brennstoffzellenfahrzeug sind eine Brennstoffzelle und eine Sekundärbatterie kombiniert, um als eine Fahrzeugantriebsquelle verwendet zu werden. Die Zellenheizvorrichtung führt eine Heizung einer Batterie oder ähnlichem aus, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Die Batterie kann eine Nickelwasserstoff-Sekundärbatterie, eine Lithiumionen-Sekundärbatterie, eine organische Radikalbatterie oder ähnliches sein. Die Batterie ist in einem Kasten aufgenommen, und der Kasten mit der Batterie darin kann unter einem Fahrzeugsitz, einem Raum zwischen einem Rücksitz und einem Kofferraum oder einem Raum zwischen einem Fahrersitz und einem Beifahrersitz neben dem Fahrersitz angeordnet werden.
14 ist ein Blockdiagramm, das die Zellenheizvorrichtung zeigt, die als ein Wärmemanagementsystem gemäß der achten Ausführungsform verwendet wird, 15 ist ein schematisches Diagramm, das eine integrierte Struktur eines Zellenstapels 101, von Gebläseelementen 130 und elektronischen Elementen gemäß der achten Ausführungsform zeigt, und 16 ist ein schematisches Diagramm, das eine Wärmeübertragung bei einer Heizung der Zellenheizvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zeigt. In 15 zeigt Y eine Längsrichtung jedes Zellenmoduls 105, das sich wie in einer dünnen Platte erstreckt, an, und die Längsrichtung Y entspricht einer Luftblasrichtung in dem Zellenstapel 101. X zeigt eine Stapelrichtung senkrecht zu der Längsrichtung der Zellenmodule 105, in denen eine Vielzahl von Zellenmodulen gestapelt sind, an, und Z zeigt eine Oben-Untenrichtung (Höhenrichtung) des Zellenstapels 101 an, die sowohl zu der Längsrichtung Y als auch der Stapelrichtung X senkrecht ist.
Wie in 14 und 15 gezeigt, umfasst die Zellenheizvorrichtung einen Zellenstapel 101, der eine Stapelanordnung der mehreren Zellenmodule 105 ist, und ein elektronisches Element, das zum Laden oder Entladen der Zellenmodule 105 und für eine Temperatureinstellung der Zellenmodule 105 verwendet wird. Die Zellenheizvorrichtung ist mit Gebläseelementen 130 zum Blasen von Luft zu dem Zellenstapel 101 integriert, und die integrierte Struktur ist als eine Zellenanordnung in der Stapelrichtung X an ein Fahrzeug montiert. Die mehreren Zellenmodule 105 sind elektrisch in Reihe geschaltet, und die Seitenoberflächen der Zellenmodule 105 sind benachbart zueinander angeordnet. Die mehreren Zellenmodule 105 sind integral aufgebaut und in dem Kasten aufgenommen. Das elektronische Element kann den Gleichstromwandler 110, einen Motor 131 zum Antreiben der Gebläseelemente 130, von einem Stromrichter gesteuerte Komponenten und verschiedene elektronische Steuereinheiten umfassen. Zum Beispiel ist das elektronische Element ein elektronisches Element, das von einem Leistungselement eingestellt wird, das ein Beispiel für die Schaltstromversorgungsvorrichtung ist. Der Betrieb des Leistungselements wird von der Steuervorrichtung 120 gesteuert.
Der Kasten zum Aufnehmen des Zellenstapels 101 ist ein rechteckiger Parallelepipedkasten, der aus einem Harz oder einem Metall gefertigt ist. Eine Seitenoberfläche des Kastens ist abnehmbar aufgebaut, um die Wartung des Zellenstapels 101 durchzuführen. Der Kasten ist mit einem Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Kastens an dem Fahrzeug unter Verwendung von Bolzen und einem Vorrichtungsaufnahmeabschnitt zum Aufnehmen von Vorrichtungen darin versehen.
Der Vorrichtungsaufnahmeabschnitt hat darin eine Zellenüberwachungsvorrichtung 108, eine Steuervorrichtung 120 und einen Kabelbaum zum elektrischen Verbinden verschiedener Vorrichtungen. Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren werden in die Zellenüberwachungsvorrichtung 108 eingegeben, wodurch ein Zellenzustand, wie etwa die Spannung und der Strom in den Zellenmodulen 105, überwacht werden. Die Steuervorrichtung 120 ist aufgebaut, um fähig zu sein, mit der Zellenüberwachungsvorrichtung 108 zu kommunizieren, um eine elektrische Leistung ebenso wie eine elektrische Leistungsumwandlung des Gleichstromwandlers 110 zu steuern, und um den Antrieb des Motors 131 der Gebläseelemente 130 zu steuern. Die Zellenüberwachungsvorrichtung 108 ist eine elektronische Batteriesteuereinheit (Batterie-ESG), die mit dem Zellenstapel 101 und verschiedenen Drähten verbunden ist, und überwacht und steuert den Zellenzustand der verschiedenen Zellenmodule 105 des Zellenstapels 101.
Wie in 14 gezeigt, umfasst die Zellenüberwachungsvorrichtung 108 einen Hochspannungserfassungsabschnitt 113 und einen Niederspannungserfassungsabschnitt 112. Verschiedene Informationen des Zellenstapels 101, der eine Hauptbatterie (d. h. Hochspannungsbatterie) ist, wie etwa Temperaturinformationen, Strominformationen, Spannungsinformationen, Innenwiderstandsinformationen, Umgebungstemperaturinformationen und ähnliche des Zellenstapels 101, werden in den Hochspannungserfassungsabschnitt 113 eingegeben. Verschiedene Informationen der Hilfsbatterie 104, die in der vorliegenden Ausführungsform eine Hilfsbatterie (d. h. Niederspannungsbatterie) ist, wie etwa Temperaturinformationen, Strominformationen, Spannungsinformationen, Innenwiderstandsinformationen, Umgebungstemperaturinformationen und ähnliche der Hilfsbatterie 104, werden in den Niederspannungserfassungsabschnitt 112 eingegeben.
Die Steuervorrichtung 120 umfasst, wie in 14 gezeigt, einen Signalempfangs-/Sendeabschnitt 121, einen Berechnungsabschnitt 122 und einen Steuerabschnitt 123. Der Signalempfangs-/Sendeabschnitt 121 empfängt Signale, die von dem Hochspannungserfassungsabschnitt 113, dem Niederspannungserfassungsabschnitt 112 und dem Fahrzeug-ESG 103 ausgegeben werden. Der Berechnungsabschnitt 122 berechnet einen Zellenzustand basierend auf Informationen der verschiedenen Signale, die von dem Signalempfangs-/Sendeabschnitt 121 ausgegeben werden. Dann steuert der Steuerabschnitt 123 die elektrische Leistung und die elektrische Leistungsumwandlung basierend auf dem in dem Berechnungsabschnitt 122 berechneten Wert. Die Steuervorrichtung 120 steuert den Betrieb des Leistungselements (z. B. der Schaltstromversorgungsvorrichtung), um den Motor 131 der Gebläseelemente 130 zu steuern. Die elektrische Leistung der Hilfsbatterie 104 wird an die Steuervorrichtung 120 geliefert, wenn ein Zündschalter 106 eingeschaltet ist.
In dem Beispiel von 15 sind zwei Gebläseelemente 130 bereitgestellt, um jeweils Zentrifugalventilatoren 134 zu haben. Die Steuervorrichtung 120 erfasst die Drehzahlen der Ventilatoren 134 der Gebläseelemente 130 und erfasst die Temperatur von Luft, die in die Ventilatoren 134 der Gebläseelemente 130 geblasen werden soll. Die Steuervorrichtung 120 steuert die Drehzahl jedes Ventilators 134 basierend auf einer Lufttemperatur, die in den Ventilator 134 gesaugt werden soll, und einer Zellentemperatur, die von dem Hochspannungserfassungsabschnitt 113 ausgegeben wird, entsprechend einem vorgespeicherten Steuerprogramm, so dass die Zellentemperatur des Zellenstapels 101 in einen passenden Temperaturbereich kommt. Der Steuerabschnitt 123 der Steuervorrichtung 120 führt eine Impulsbreiten-, PWM-Steuerung durch, indem er die relative Einschaltdauer einer Impulswelle der elektrischen Spannung ändert, und stellt die Drehzahl des Motors 131 durch die PWM-Steuerung entsprechend einer Kühlkapazität ein, um die Temperatur des Zellenstapels 101 zu steuern. Die Steuervorrichtung 120 kann die Kommunikation mit verschiedenen Steuervorrichtungen (z. B. Fahrzeug-ESG 103) durch den Signalempfangs-/Sendeabschnitt 121 über Kommunikationsleitungen, die mit einem Kommunikationsanschluss verbunden sind, durchführen.
Der Gleichstromwandler 110 ist eine Vorrichtung, die zum Steuern des Ladens und Entladens der Zellenmodule 105 verwendet wird. Der Gleichstromwandler 110 ist ein elektronisches Element, das zwischen einem Hochspannungsstromversorgungssystem und einem Niederspannungsstromversorgungssystem bereitgestellt ist. Hier umfasst das Hochspannungsstromversorgungssystem den Zellenstapel 101 (d. h. die Hochspannungsbatterie, Hauptbatterie), die mit einer hohen Last, wie etwa dem Motor 102, der für die Leistungserzeugung und das Fahren eines Hybridfahrzeugs verwendet wird, verbunden ist. Das Niederspannungsstromversorgungssystem umfasst die Hilfsbatterie 104 (den Hilfsapparat), der elektrische Leistung an eine niedere Last 107 liefert. Die elektrische Leistungsumwandlung des Gleichstromwandlers 110, die an die hohe Last des Motors 102 oder ähnliches angelegt wird, und die elektrische Leistungsumwandlung des Gleichstromwandlers 110 für die niedrige Last 107 werden von dem Leistungselement 111 eingestellt.
Das Leistungselement 111 ist ein Beispiel für eine Schaltstromversorgungsvorrichtung, die aus einem Transistor und einer Diode gefertigt ist, und ist fähig, einen Teil der elektrischen Schaltung zum Umwandeln und Einstellen von elektrischer Leistung ein- oder auszuschalten. Die Steuervorrichtung 120 ändert die Antriebsfrequenz und/oder die relative Einschaltdauer (d. h. das Ein-/Auszeitverhältnis), die in das Leistungselement 111 eingegeben werden, wodurch der Pegel der Ausgangsspannung geändert wird. Wenn in einem allgemeinen Betrieb von dem Zellenstapel 101 elektrische Leistung mit einer hohen Spannung (z. B. 300 V) an die Hilfsbatterie 104 mit einer niedrigen Spannung (z. B. 3 V) ausgegeben wird, wird der Betrieb des Leistungselements 111 derart gesteuert, dass ein Wirkungsgrad des Leistungselements 111 etwa 90% wird.
Im Gegensatz dazu erhöht die Steuervorrichtung 120 in einem ineffizienten Steuerbetrieb die Antriebsfrequenz und/oder die relative Einschaltdauer, die in das Leistungselement 111 eingegeben werden soll/en, und steuert das Leistungselement 111 derart, dass ein Wirkungsgrad des Leistungselements 111 im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand gesenkt wird. Zum Beispiel wird in dem ineffizienten Steuerbetrieb des Leistungselements 111 der Wirkungsgrad des Leistungselements 111 derart gesteuert, dass er etwa 20% wird. In dem ineffizienten Steuerbetrieb des Leistungselements 111 erzeugt das Leistungselement 111 Wärme, und Wärme wird auch von dem Gleichstromwandler 110 abgestrahlt, wodurch die Zellenmodule 105 geheizt werden. 16 ist ein schematisches Diagramm, das eine Wärmebewegung während des Heizens der Zellenheizvorrichtung zeigt. Die Steuervorrichtung 120 führt den ineffizienten Steuerbetrieb aus, wenn ein Niedertemperaturzustand der Zellenmodule 105 des Zellenstapels 101 erfasst wird.
Der ineffiziente Steuerbetrieb kann zum Beispiel ähnlich der in 3 bis 6 gezeigten Beschreibung der ersten Ausführungsform von der Steuervorrichtung 120 durchgeführt werden.
Die Steuervorrichtung 120 bestimmt den Niedertemperaturzustand der Zellenmodule 105 unter Verwendung wenigstens einer der verschiedenen Informationen einschließlich der Zelleninformationen, Umgebungsinformationen der Zellenmodule 105 und der Systeminformationen. Zum Beispiel umfassen die Zelleninformationen die Temperatur, den Spannungswert, den Stromwert und den Innenwiderstand der Zellenmodule 105. Die Umgebungsinformationen der Zellenmodule 105 umfassen zum Beispiel die Umgebungstemperatur (z. B. Außentemperatur) des Zellenstapels 101. Außerdem umfassen die Systeminformationen die Temperatur und den Betriebszustand verschiedener Steuereinheiten, die die Zellenheizvorrichtung aufbauen. Der Temperaturzustand der Zellenmodule 105 kann direkt erfasst werden oder kann von der Steuervorrichtung 120 unter Verwendung verschiedener Informationen mit einer Beziehung zu der Temperatur der Zellenmodule 105 berechnet werden. Der Temperaturzustand der Zellenmodule 105 kann unter Verwendung eines allgemein bekannten Verfahrens oder einer Vorrichtung erfasst werden.
Als nächstes wird eine elektrische Einheit (elektrische Teile, Kabelbaumeinheit) in Bezug auf den Zellenstapel 101 beschrieben. Die elektrische Einheit umfasst verschiedene Sensoren, die aufgebaut sind, um einen Zellenzustand der jeweiligen Zellenmodule 105 zu erfassen, und einen Kabelbaum zum Senden von Signalen, die von den verschiedenen Sensoren erfasst werden, an die Zellenüberwachungsvorrichtung 108. Die Sensoren zum Überwachen des Zellenzustands können jeweils an den Zellenmodulen 105 angeordnet werden, und die Drähte werden von oberen Oberflächen der jeweiligen Zellenmodule 105 verlegt. Da die Drähte jeweils von den Zellenmodulen 105 verlegt werden, ist die elektrische Einheit aufgebaut, um die jeweiligen Drähte der Zellenmodule 105 auf einer Seite X2 in der Stapelrichtung X zu ziehen. Der Zellenstapel 101 ist mit einem negativen Anschluss und einem positiven Anschluss versehen, die jeweils an Positionen nahe Enden 150a, 150b der einen Seitenoberfläche 150 des Zellenstapels 101 bereitgestellt sind. Wie in 15 gezeigt, ist die eine Seitenoberfläche 150 des Zellenstapels 101 eine Oberfläche des Kastens auf einer Seite Y1 in der Längsrichtung Y.
Eine Relaisvorrichtung (z. B. ein Systemhauptrelais SMR) zum Steuern einer elektrischen Stromversorgung von dem Zellenstapel 101 zu dem Motor 102 ist mit dem negativen Anschluss und dem positiven Anschluss des Zellenstapels 101 verbunden. Die Relaisvorrichtung wird von der Steuervorrichtung 120 gesteuert, um die Zuführung und das Stoppen des an den Zellenstapel 101 angelegten Stroms zu steuern.
Ein (nicht gezeigter) Servicestecker ist zwischen dem positiven Anschluss des Zellenstapels 101 und der Relaisvorrichtung bereitgestellt und ist abnehmbar aufgebaut. Wenn der Servicestecker während der Wartung abgenommen wird, wird ein Hauptstromweg des Zellenstapels 101 ausgeschaltet. Ein (nicht gezeigter) elektrischer Stromsensor befindet sich zwischen der Relaisvorrichtung, die mit dem negativen Anschluss verbunden ist, um einen Stromwert des Zellenstapels 101 zu erfassen. Das von dem elektrischen Stromsensor erfasste elektrische Stromsignal wird als ein Ladestrom oder ein Entladestrom an den Hochspannungserfassungsabschnitt 113 der Zellenüberwachungsvorrichtung 108 ausgegeben. Der negative Anschluss und der positive Anschluss des Zellenstapels 101 sind über die Relaisvorrichtung mit einer Hochlastvorrichtung, wie etwa dem Motor 102, verbunden.
Als nächstes werden die Zellenmodule 105 zum Aufbauen des Zellenstapels 101 beschrieben. Jedes der Zellenmodule 105 ist ein flaches rechteckiges Parallelepipedelement mit einer Außenumfangsoberfläche, die von einem Mantelgehäuse bedeckt ist, das aus einem elektrisch isolierenden Harz gefertigt ist. Jedes Zellenmodul 105 ist mit einem positiven Anschlussabschnitt und einem negativen Anschlussabschnitt versehen, die getrennt an zwei Längsendseiten bereitgestellt sind, und sowohl der positive Anschlussabschnitt als auch der negative Anschlussabschnitt sind von dem Mantelgehäuse freiliegend. In dem Beispiel von 15 ist ein Paar von Zellenmodulen 105, das sich in der Längsrichtung Y erstreckt, in der Längsrichtung Y in dem Kasten angeordnet, und ist um einen vorgegebenen Abstand in der Längrichtung Y voneinander beabstandet. Eine Vielzahl von Paaren der Zellenmodule 105, die in der Längsrichtung Y angeordnet sind, ist benachbart zueinander innerhalb der Länge L2 des Kastens in der Stapelrichtung X gestapelt.
Zum Beispiel beginnen die in dem Kasten angeordneten Zellenmodule 105 an dem negativen Anschlussabschnitt eines ersten Zellenmoduls auf der Seite des Längsendabschnitts 150a der einen Oberfläche 150 des Zellenstapels 101 und erstrecken sich zu dem positiven Anschlussabschnitt eines siebten Zellenmoduls auf der Seite des Längsendeabschnitts 150b der einen Oberfläche 150 des Zellenstapels 101, und zweite bis sechste Zellenmodule sind zwischen den ersten und siebten Zellenmodulen in der Stapelrichtung X angeordnet, so dass die jeweiligen positiven und negativen Anschlussabschnitte der zweiten bis sechsten Zellenmodule in der Längsrichtung Y elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der negative Anschlussabschnitt des ersten Zellenmoduls ist mit dem negativen Anschluss des Zellenstapels 101 verbunden, und der positive Anschlussabschnitt des siebten Zellenmoduls ist mit dem positiven Anschluss des Zellenstapels 101 verbunden.
Auf diese Weise entspricht ein Elektrodenabschnitt, der fähig ist, elektrisch mit dem negativen Anschlussabschnitt des ersten Zellenmoduls verbunden zu werden, dem negativen Elektrodenabschnitt des Zellenstapels 101, und ein Elektrodenabschnitt, der fähig ist, elektrisch mit dem positiven Anschlussabschnitt des siebten Zellenmoduls verbunden zu werden, entspricht dem positiven Elektrodenabschnitt des Zellenstapels 101. Der positive Anschlussabschnitt des ersten Zellenmoduls auf der Seite Y2 des ersten Zellenmoduls ist durch einen Elektrodenabschnitt, der sich in der Längsrichtung Y erstreckt, elektrisch mit dem negativen Anschlussabschnitt auf der Seite Y1 des zweiten Zellenmoduls verbunden. Außerdem ist der positive Anschlussabschnitt des zweiten Zellenmoduls auf der Seite Y2 des zweiten Zellenmoduls durch einen Elektrodenabschnitt, der sich in der Längsrichtung Y erstreckt, elektrisch mit dem negativen Anschlussabschnitt auf der Seite Y1 des dritten Zellenmoduls verbunden. Ähnlich ist der positive Anschlussabschnitt des dritten Zellenmoduls auf der Seite Y2 des dritten Zellenmoduls durch einen Elektrodenabschnitt, der sich in der Längsrichtung Y erstreckt, elektrisch mit dem negativen Anschlussabschnitt auf der Seite Y1 des vierten Zellenmoduls verbunden, der positive Anschlussabschnitt des vierten Zellenmoduls auf der Seite Y2 des vierten Zellenmoduls ist durch einen Elektrodenabschnitt, der sich in der Längsrichtung Y erstreckt, elektrisch mit dem negativen Anschlussabschnitt auf der Seite Y1 des fünften Zellenmoduls verbunden.
Die fünften bis siebten Zellenmodule sind ähnlich den vorstehenden elektrisch verbunden. Der positive Anschlussabschnitt und der negative Anschlussabschnitt benachbarter Zellenmodule sind unter Verwendung des jeweiligen Elektrodenabschnitts, der sich in der Längsrichtung Y zwischen benachbarten Zellenmodulen erstreckt, elektrisch in Reihe geschaltet, um mäanderförmig elektrisch von dem ersten Zellenmodul bis zu dem sieben Zellenmodul in Reihe geschaltet zu sein. Der negative Anschlussabschnitt des siebten Zellenmoduls ist unter Verwendung des Elektrodenabschnitts elektrisch mit dem positiven Anschlussabschnitt des sechsten Zellenmoduls verbunden. Folglich sind alle Zellenmodule 105 von dem Elektrodenabschnitt auf der Seite Y1 der Längsrichtung Y des ersten Zellenmoduls über mehrere Elektrodenabschnitte mit dem Elektrodenabschnitt auf der Seite Y2 in der Längsrichtung Y des siebten Zellenmoduls elektrisch in Reihe geschaltet, so dass elektrischer Strom mäanderförmig in den Zellenmodulen 105 fließt.
Kühllamellen 151a, 151b, 151c und 151d befinden sich jeweils auf den Elektrodenabschnitten, um Wärme von den Zellenmodulen 105 an die Kühllamellen 151a–151d zu übertragen. In dem Beispiel von 15 befinden sich die Kühllamellen 151a–151d jeweils auf jeweiligen Anschlussabschnitten auf der Oberseite Z1. Jede der Kühllamellen 151a–151d ist eine aus einer Aluminiumlegierung gefertigte gewellte Lamelle, und die Wellenform der Kühllamelle 151a–151d erstreckt sich in der Stapelrichtung X. Die Kühllamellen 151a–151d sind derart aufgebaut, dass Luft in der Längsrichtung Y zwischen den konvexen und Talabschnitten der Kühllamellen 151a–151d durchgeht.
Als nächstes werden die Gebläseelemente 130 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zwei Gebläseelemente 130 benachbart auf der Seitenoberfläche 150, die eine Oberfläche ungefähr senkrecht zu der Längsrichtung Y jedes Zellenmoduls 105 ist, bereitgestellt. Die Gebläseelemente 130 sind integral auf der Seitenoberfläche 150 bereitgestellt, so dass ein Luftdurchgang 135 jedes der zwei Gebläseelemente 130, wie in 15 gezeigt, in der Stapelrichtung X des Zellenstapels 101 in Richtung von Luftauslässen der Gebläseelemente 130 vergrößert ist. Daher wird Luft von den Gebläseelementen 130 zu dem Zellenstapel 101 in der Richtung Y in der gesamten Länge L2 des Zellenstapels 101 geblasen. In dem Beispiel von 15 umfassen die zwei Gebläseelemente 130 zwei Sirocco-Ventilatoren 134, einen Motor 131 zum Antreiben und Drehen der zwei Sirocco-Ventilatoren 134 und zwei Gehäuse 133, die jeweils die Sirocco-Ventilatoren 134 aufnehmen. Der Sirocco-Ventilator 134 ist ein Beispiel für einen Zentrifugalventilator. Die Gehäuse 133 der Gebläseelemente 130 sind jeweils versehen mit: Luftansaugöffnungen 136, 137, die ungefähr in der Stapelrichtung X geöffnet sind, und den Luftdurchgängen 135, die sich jeweils von den Luftansaugöffnungen 136, 137 zu den Luftauslässen der Gebläseelemente 130 ausdehnen.
Die zwei Sirocco-Ventilatoren 134 sind jeweils an zwei axialen Endseiten einer Rotationsachse 132 des Motors 131 befestigt. Die Rotationsachse 132 kann innerhalb der Höhenabmessung H des Zellenstapels 101 in der Oben-Unten-Richtung Z festgelegt werden. Jedes der zwei Gehäuse 133 ist ein Spiralgehäuse, das aufgebaut ist, um den Sirocco-Ventilator 134 aufzunehmen und hat einen Spiralabschnitt darin. Die Gehäuse 133 haben Luftansaugöffnungen 136, 137, die auf zwei Seiten in der Axialrichtung geöffnet sind. Befestigungsbeine sind unter Verwendung von Befestigungselementen, wie etwa Bolzen, integral mit jedem der Gehäuse 133 ausgebildet, so dass die Gehäuse 133 an einem Fahrzeugelement oder dem Vorrichtungsaufnahmeabschnitt befestigt sind.
Das Gehäuse 133 ist mit dem Luftauslass versehen, von dem Luft, die von der Luftansaugöffnung 136, 137 angesaugt wird, in Richtung des oberen Abschnitts des Zellenstapels 101 einschließlich der oberen Oberfläche des Zellenstapels 101 geblasen wird. Der Luftdurchgang 135 dehnt sich von einem Durchgang zwischen den Vorderflügeln des Sirocco-Ventilators und der inneren Wandoberfläche des Gehäuses 133 zu dem Luftauslass aus. In dem Beispiel von 15 ist der Luftdurchgang 135, der sich in der Stapelrichtung X in Richtung des Luftauslasses ausdehnt, auf einer Oberseite des Sirocco-Ventilators 134 angeordnet, so dass der Luftauslass des Gebläseelements 130 sich in Richtung des oberen Abschnitts des Zellenstapels 101 öffnet. Die Länge der Luftauslässe der zwei Gebläseelemente 130 in der Stapelrichtung X ist ungefähr gleich der Längenabmessung L2 des Zellenstapels 101 in der Stapelrichtung X.
Da der Luftdurchgang 135 sich in der Stapelrichtung X in Richtung des Luftauslasses ausdehnt, kann Luft in der Stapelrichtung X gleichmäßig zu der ganzen Länge L2 des Zellenstapels 101 geblasen werden. Aufgrund der vorstehenden Anordnung der Gebläseelemente 130 kann die Abmessung des Gehäuses 133 in der Längsrichtung Y kleiner gemacht werden.
Der Luftauslass jedes Gebläseelements 130 ist als eine einzelne flache rechteckige Öffnung bereitgestellt, die in Richtung des oberen Abschnitts des Zellenstapels 101 offen ist, und die Höhenabmessung der rechteckigen Öffnung in der Oben-Untenrichtung Z ist bedeutend kürzer als die seitliche Abmessung der rechteckigen Öffnung in der Stapelrichtung X. Die zwei Luftauslässe, die in der Axialrichtung der Drehachse 132 (d. h. der Stapelrichtung X) angeordnet sind, sind kontinuierlich in den Gebläseelementen 130 geöffnet, um eine Gesamtöffnungslänge in der Stapelrichtung X zu haben, die ungefähr gleich der Länge L2 des Zellenstapels 101 in der Stapelrichtung X ist. Der Luftauslass des Gebläseelements 130 ist an einer Position, die in der Oben-Untenrichtung Z höher als der Sirocco-Ventilator 134 ist, an einer Position näher an dem Zellenstapel 101 als der Sirocco-Ventilator 134, bereitgestellt. Das heißt, das Gehäuse 133 ist zu einer Form ausgebildet, die sich von einer Oberseite des Sirocco-Ventilators 134 zu der Seite des Zellenstapels 101 erstreckt.
Da Luft (z. B. kühle Luft) von dem Luftauslass des Gebläseelements 130 in Richtung des oberen Abschnitts des Zellenstapels 101 geblasen wird, kann Luft durch den oberen Abschnitt des Zellenstapels 101 in der Längsrichtung Y in die stromabwärtige Richtung geblasen werden. Daher nimmt Luft Wärme auf, während sie die Kühllamellen 151a–151d durchläuft, und wird von einer Luftauslassöffnung des Zellenstapels 101 ausgelassen. Die Luftauslassöffnung des Zellenstapels 101 ist in einer Seitenoberfläche des Kastens auf der Seite Y2 in der Längsrichtung Y an einem Oberseitenabschnitt des Kastens (z. B. Z1-Seitenabschnitt) bereitgestellt. Zum Beispiel ist die Luftauslassöffnung in der Seitenoberfläche des Zellenstapels 101 entgegengesetzt zu dem Luftauslass des Gebläseelements 130 bereitgestellt und erstreckt sich ungefähr in der gesamten Länge L2 des Zellenstapels 101. Die Luftauslassöffnung befindet sich auf einer Höhenposition ähnlich der Höhenposition des Luftauslasses des Gebläseelements 130 und der Kühlventilatoren 151a–151d.
Die kühle Luft, die von den Luftauslässen der Gebläseelemente 130 geblasen wird, strömt in einer kleinen Strömungsmenge mit einer relativ hohen Geschwindigkeit und einem hohen statischen Druck durch den oberen Abschnitt des Zellenstapels 101. Daher können Geräusche, die aufgrund des Luftstroms in kleinen Durchgängen innerhalb des Gehäuses 133 und des Kastens des Zellenstapels 101 erzeugt werden, verringert werden. Luft, die von der Luftansaugöffnung 136, 137 angesaugt wird, wird, nachdem sie die Erweiterungsluftdurchgänge 135 durchlaufen hat, aus den Luftauslässen der Gehäuse 133 geblasen. Da die Höhenposition der Luftauslässe der Gebläseelemente 130 sich an dem Oberseitenabschnitt des Zellenstapels 101 in dem Kasten befindet, und die Luftauslässe der Gebläseelemente 130 sich ungefähr in der Gesamtlänge L2 des Zellenstapels 101 erstrecken, kann die von den Gebläseelementen 130 geblasene Luft zu dem gesamten Bereich an dem Oberseitenabschnitt des Zellenstapels 101 geschickt werden.
In jedem der Gehäuse 133, die sich auf zwei axialen Endseiten des Motors 131 befinden, ist ein Ausdehnungsgrad des Gehäuses 133, das sich in Richtung der Außenseite des Zellenstapels 101 in der Stapelrichtung X ausdehnt, größer als ein Ausdehnungsgrad des Gehäuses 133, das sich in Richtung eines Mittelabschnitts in der Längenrichtung L2 der Stapelrichtung X ausdehnt, größer gemacht. Das heißt, der Sirocco-Ventilator 134 ist in jedem Gebläseelement 130 von einer Mitte jedes Gehäuses 133 in der Stapelrichtung X in Richtung der Seite des Motors 131 verschoben. Folglich ist der Spiralabschnitt jedes Gehäuses 133 von der Mitte jedes Gebläseelements 130 in Richtung des Motors 131 in der Stapelrichtung X verschoben, und dadurch ist der Schwerpunkt jedes Gebläseelements 130 in Richtung der Motorseite (Mittenseite) versetzt. Wie in 15 gezeigt, ist die axiale Länge L1 der Spiralabschnitte der Gehäuse 133 kürzer gemacht als die Länge L2 des Zellenstapels 101 in der Stapelrichtung X. Daher kann ein großer Raum auf den Seiten der Spiralabschnitte der Gehäuse 133 in der Stapelrichtung X ausgebildet werden, um sich weithin zu den zwei Längsendabschnitten 150a, 150b der einen Seitenoberfläche 150 des Zellenstapels 101 zu erstrecken.
Ein elektronisches Element kann in einem Raum auf einer Seite des Spiralabschnitts des Gehäuses 133 im Inneren der Längsendabschnitte 150a und 150b der einen Seitenoberfläche 150 angeordnet werden. Alternativ kann das elektronische Element in einem Raum auf einer Seite der Ansaugöffnung 136 oder 137 des Gehäuses 133 im Inneren der Längsendabschnitte 150a und 150b der einen Seitenoberfläche 150 angeordnet sein. Das elektronische Element kann an einer Position des Raums mit einer rechteckigen Parallelepipedform angeordnet werden, die, wie in 15 gezeigt, durch die Höhenabmessung H des Zellenstapels 101 in der Oben-Untenrichtung Z, die Längenabmessung L2 des Zellenstapels 101 in der Stapelrichtung X und die Abmessung L3 der Gebläseelemente 130 in der Längsrichtung Y (d. h. der Luftströmungsrichtung) der Zellenmodule 105 definiert ist. Das heißt, das elektronische Element wird angeordnet, indem der Raum außer dem Montageraum der Gebläseelemente 130 zwischen dem durch die Abmessungen H, L2 und L3 definierten rechteckigen Parallelepipedraum effektiv genutzt wird. Folglich kann das elektronische Element montiert werden, ohne die Gesamtabmessung der Zellenheizvorrichtung zu erhöhen, wodurch das Montageergebnis der Zellenheizvorrichtung an dem Fahrzeug verbessert wird.
Der Betrieb der Zellenheizvorrichtung wird unter Bezug auf 16 und 17 beschrieben. 16 ist ein schematisches Diagramm, das die Zellenheizvorrichtung der achten Ausführungsform zeigt, und 17 ist ein Flussdiagramm, das eine Zellentemperatursteuerung zeigt, die von der Steuervorrichtung 120 in der Zellenheizvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform durchgeführt wird.
Wenn elektrischer Strom an die Steuervorrichtung 120 angelegt wird, liest die Steuervorrichtung 120 bei Schritt S110 Informationen in Bezug auf eine Zellentemperatur Td der Zellenmodule 105. Das heißt, bei Schritt S110 wird die Zellentemperatur Td in die Steuervorrichtung 120 eingegeben. Als nächstes wird bei Schritt S120 bestimmt, ob die erfasste Zellentemperatur Td niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist. Wenn die erfasste Zellentemperatur Td niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, bestimmt die Steuervorrichtung 120, dass die Zellenmodule 105 in einem Niedertemperaturzustand sind und nicht effektiv betrieben werden. Wenn folglich die erfasste Zellentemperatur Td niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, bestimmt die Steuervorrichtung 120, dass eine Heizung des Zellenstapels 101 notwendig ist.
Wenn die Zellentemperatur Td bei Schritt S120 nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, ist es unnötig, die Heizung des Zellenstapels 101 durchzuführen, und bei Schritt S150 wird ein allgemeiner Betrieb (z. B. Batteriekühlungssteuerung) der Zellenmodule 105 durchgeführt, so dass die Zellenmodule 105 in einen vorgegebenen Temperaturbereich gesteuert werden. Auf diese Weise können die Zellenmodule 105 bei Schritt S150 effizient betrieben werden. Zum Beispiel wird bei Schritt S150 die Batteriekühlungssteuerung durchgeführt, so dass die Temperatur Td der Zellenmodule 105 in einem passenden Temperaturbereich ist. In der Batteriekühlungssteuerung wird von den Gebläseelementen 130 Luft in Richtung des oberen Abschnitts des Zellenstapels 101 geblasen, so dass die Zellentemperatur Td in den passenden Temperaturbereich gesteuert wird, in dem die Zellenmodule 105 effektiv betrieben werden können. Nach dem Durchführen des Schritts S150 kehrt das Steuerprogramm der Steuervorrichtung 120 zu Schritt S110 zurück.
Wenn bei Schritt S120 bestimmt wird, dass die Zellentemperatur Td niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, bestimmt die Steuervorrichtung 120, dass ein Heizen der Zellenmodule 105 notwendig ist, und bei Schritt S130 wird ein ineffizienter Steuerbetrieb des Leistungselements 111 (Schaltstromversorgungsvorrichtung) zum Einstellen einer elektrischen Ausgangsleistung eines elektronischen Elements durchgeführt. Zum Beispiel kann in dem ineffizienten Steuerbetrieb des Leistungselements 111 die Antriebsfrequenz oder die relative Einschaltdauer, die an das Leistungselement 111 angelegt werden, erhöht werden, oder eine Anstiegszeit des Umschaltens des in das Leistungselement 111 eingegebenen Steuersignals kann, wie in jeder der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben, im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht werden. Folglich kann/können in dem ineffizienten Steuerbetrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung ähnlich den Beispielen der ersten Ausführungsform die Anzahl der Übergangszustände mit der Änderung des Stroms und der Spannung oder/und die Gesamtzeit der Übergangszustände mit der Änderung des Stroms und der Spannung größer gemacht werden als in dem allgemeinen Betriebszustand. Auf diese Weise kann/können die Wärmeerzeugungszeit oder/und die mittlere Wärmeerzeugungsmenge des elektronischen Elements im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht werden, wodurch die Wärmeabstrahlungsmenge an das Äußere erhöht wird und auch die an den Zellenstapel 101 übertragene Wärmemenge erhöht wird. Folglich wird das Heizen der Zellenmodule 105 durchgeführt, wodurch die Zellentemperatur erhöht wird.
Der ineffiziente Steuerbetrieb von Schritt S130 wird kontinuierlich durchgeführt, bis die Steuervorrichtung 120 bei Schritt S140 bestimmt, dass die Zellentemperatur Td nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist. Wenn die Steuervorrichtung 120 bei Schritt S140 bestimmt, dass die Zellentemperatur Td nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur T1 ist, wird das Heizen der Zellenmodule 105 beendet, und bei Schritt S150 der allgemeine Steuerbetrieb (z. B. die Batteriekühlungssteuerung) wird durchgeführt.
18 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der in das Leistungselement 111 (Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegebenen Antriebsfrequenz und der Zellentemperatur Td während des Heizens der Zellenmodule 105 gemäß der achten Ausführungsform zeigt, und 19 ist ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen der in das Leistungselement 111 (Schaltstromversorgungsvorrichtung) eingegebenen relativen Einschaltdauer und der Zellentemperatur Td während des Heizens der Zellenmodule 105 gemäß der achten Ausführungsform zeigt. Wie in 18 und 19 gezeigt, kann eine Zunahmemenge der Antriebsfrequenz und/oder der relativen Einschaltdauer, die in das Leistungselement 111 eingegeben werden, entsprechend der Abnahme der Temperatur der Zellenmodule 105 geändert werden. In dem Beispiel von 18 und 19 werden die Antriebsfrequenz (Hz) und die relative Einschaltdauer (%) gesteuert, um erhöht zu werden, wenn die Zellentemperatur Td sinkt, wenn die Zellentemperatur Td niedriger als eine vorgegebene Temperatur (z. B. 0°C) ist. Wenn im Gegensatz dazu die Zellentemperatur Td nicht niedriger als die vorgegebene Temperatur (z. B. 0°C) ist, werden die Antriebsfrequenz (Hz) und die relative Einschaltdauer (%) jeweils auf konstante Werte festgelegt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden/wird die Antriebsfrequenz (Hz) und/oder die relative Einschaltdauer (%) gesteuert, um erhöht zu werden, wenn die Zellentemperatur Td sinkt, wenn die Zellentemperatur Td in einem Niedertemperaturbereich unter der vorgegebenen Temperatur (z. B. 0°C) ist. Folglich kann das Heizen der Zellenmodule 105 selbst in dem Niedertemperaturbereich erleichtert werden, wodurch der Wirkungsgrad der Zellenmodule 105 verbessert wird.
Als nächstes werden der Betrieb und die Wirkungen der Zellenheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Zellenheizvorrichtung kann das Heizen des Zellenstapels 101 durchführen, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Die Zellenmodule 105 sind integral elektrisch verbunden, um den Zellenstapel 101 zu bilden. Die Zellenheizvorrichtung wird verwendet, um die mehreren Zellenmodule 105 zu laden und zu entladen, und wird auch für die Temperatureinstellung der mehreren Zellenmodule 105 verwendet. Wie in 16 gezeigt, umfasst die Zellenheizvorrichtung den Gleichstromwandler 110, der mit elektrischer Leistung betrieben wird, die von dem Leistungselement 111 eingestellt wird, und die Steuervorrichtung 120, die aufgebaut ist, um das Leistungselement 111 zu steuern, um den Gleichstromwandler 110 zu steuern. Wenn die Steuervorrichtung 120 bestimmt, dass die Zellenmodule 105 in einem Niedertemperaturzustand sind, kann/können die Anzahl der Übergangszustände mit der Änderung des Stroms und der Spannung oder/und die Gesamtzeit der Übergangszustände mit der Änderung des Stroms und der Spannung größer als die in dem allgemeinen Betriebszustand gemacht werden, wodurch der ineffiziente Steuerbetrieb durchgeführt wird und das Heizen der Zellenmodule 105 unter Verwendung der in dem ineffizienten Steuerbetrieb erzeugten Wärme durchgeführt wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Steuervorrichtung 120 den ineffizienten Steuerbetrieb als den Wärmeerhöhungsbetrieb durch, in dem die Anzahl der Übergangszustände, in denen der Strom und die Spannung steigen oder sinken oder/und die Zeit des Übergangszustands länger als in dem allgemeinen Betriebszustand festgelegt wird/werden. In dem ineffizienten Steuerbetrieb wird das Leistungselement 111 (die Schaltstromversorgungsvorrichtung) derart betrieben, dass die Anzahl der Übergangszustände oder/und die Zeit der Übergangszustände größer als in dem allgemeinen Betriebszustand festgelegt werden, um Schaltverluste und Leitungsverluste des elektronischen Elements weiter zu erhöhen als die des allgemeinen Betriebszustands. Auf diese Weise kann von dem elektronischen Element erzeugte Wärme erhöht werden. Durch Steuern des Betriebs des vorhandenen elektronischen Elements kann das Heizen aufgrund des Wärmemanagementsystems richtig erhöht werden, und das Heizen kann erleichtert werden. Der Schaltverlust ist ein Verlust, der erzeugt wird, während ein eingebauter Transistor von ein nach aus übergeht oder von aus nach ein übergeht, und der Leitungsverlust ist ein Verlust, nachdem der Transistor ganz eingeschaltet ist. Folglich kann das Heizen der Zellenmodule 105 effektiv durchgeführt werden, indem die Vorrichtungen, die im Allgemeinen an dem Fahrzeug montiert sind, effektiv genutzt werden. Folglich kann die Zellenheizvorrichtung das Heizen der Zellenmodule 105 mit niedrigen Kosten durchführen, ohne die Außenabmessung des Zellenstapels 101 zu vergrößern.
Das während des Heizens der Zellenmodule 105 ineffizient betriebene elektronische Element kann der Gleichstromwandler 110 sein, der aufgebaut ist, um die elektrische Leistungsumwandlung zwischen einem elektrischen Hochspannungsleistungssystem und einem elektrischen Niederspannungsleistungssystem durchzuführen. Zum Beispiel ist das elektrische Hochspannungsleistungssystem mit einem Hochspannungsverbraucher einschließlich des Zellenstapels 101 elektrisch verbunden, um fähig zu sein, die elektrische Leistungsumwandlung durchzuführen, und das elektrische Niederspannungsleistungssystem ist mit einem Niederspannungsverbraucher elektrisch verbunden, um elektrische Leistung an den Niederspannungsverbraucher zu liefern.
Auf diese Weise kann das Heizen der Zellenmodule 105 durch effektives Nutzen des Gleichstromwandlers 110 durchgeführt werden, ohne einen speziellen Heizapparat hinzuzufügen.
Wie in 15 gezeigt, sind die Gehäuse 133 mit dem Luftdurchgang 135 versehen, der sich in seiner Breite in der Stapelrichtung X in Richtung der Luftauslässe der Gebläseelemente 130 ausdehnt. Das heißt, die Breite des Luftdurchgangs 135 des Gehäuses 133 ist von dem Luftauslass zu der Seite der Luftansaugöffnung 136, 137 in der Stapelrichtung X verringert, und auf den Seiten der Spiralabschnitte der Gehäuse 133 kann ein großer Raum gebildet werden. Auf diese Weise wird ein Montageraum des Gebläseelements 130 auf der einen Seitenoberfläche 150 verringert, wodurch benachbart zu der einen Seitenoberfläche 150 auf einer Seite des Spiralabschnitts des Gehäuses 133 Toträume gebildet werden.
Auf diese Weise kann ein elektronisches Element in dem Raum auf einer Seite des Spiralabschnitts des Gehäuses 133 im Inneren der Längsendabschnitte 150a und 150b der einen Seitenoberfläche 150 angeordnet werden. Alternativ kann das elektronische Element in einem Raum auf einer Seite der Luftansaugöffnung 136 oder 137 des Gehäuses 133 im Inneren der Längsendabschnitte 150a und 150b der einen Seitenoberfläche 150 angeordnet sein. Das elektronische Element kann an einer Position des Raums mit einer rechteckigen Parallelepipedform angeordnet werden, der, wie in 15 gezeigt, durch die Höhenabmessung H des Zellenstapels 101 in der Oben-Untenrichtung Z, die Längenabmessung L2 des Zellenstapels 101 in der Stapelrichtung X und die Abmessung 13 der Gebläseelemente 130 in der Längsrichtung Y (d. h. der Luftströmungsrichtung) der Zellenmodule 105 definiert ist. Das heißt, das elektronische Element wird angeordnet, indem der Totraum außer dem Montageraum der Gebläseelemente 130 zwischen dem durch die Abmessungen H, L2 und L3 definierten rechteckigen Parallelepipedraum effektiv genutzt wird. Folglich kann das elektronische Element montiert werden, ohne die Gesamtabmessung der Zellenheizvorrichtung zu erhöhen, wodurch das Montageergebnis der Zellenheizvorrichtung an einem Fahrzeug verbessert wird.
Das Gebläseelement 130 ist mit dem Luftdurchgang 135 mit dem sich ausdehnenden Breitenabschnitt, der sich in Richtung des Luftauslasses des Gebläseelements 130 ausdehnt, versehen. Auf diese Weise kann die von dem Gebläseelement 130 geblasene Luft gleichmäßig an den Zellenstapel 101 verteilt werden, während die Abmessung des Gebläseelements 130 verringert werden kann.
Da das Gebläseelement 130 mit dem Zentrifugalventilator, wie etwa dem Sirocco-Ventilator 134, versehen ist, während es den Erweiterungsluftdurchgang 135 hat, kann die Kühlluft mit hohem statischem Druck an den Zellenstapel 101 gesendet werden. Selbst wenn Luft von dem Gebläseelement 130 außerdem zu einem engen Luftdurchgang geblasen wird, kann das Luftblasgeräusch verringert werden, während der Energieverbrauch des Gebläseelements 130 verringert wird.
Da der Luftauslass des Gebläseelements 130 eine flache Öffnung ist, kann die Strömungsgeschwindigkeit von Luft, die von dem Luftauslass des Gebläseelements 130 geblasen wird, selbst dann erhöht werden, wenn die Strömungsmenge von Luft, die von dem Luftauslass des Gebläseelements 130 geblasen wird, klein ist. Auf diese Weise kann die Kühlkapazität zum Kühlen der Zellenmodule 105 verbessert werden, ohne das Geräusch in dem Gebläseelement 130 zu erhöhen.
Ein elektronisches Element, das ineffizient zum Heizen der Zellenmodule 105 betrieben werden kann, kann in dem Seitenraum auf einer Seite des Gehäuses 133 des Gebläseelements 130 im Inneren der Längsendabschnitte 150a und 150b der einen Seitenoberfläche 150 des Zellenstapels 101 angeordnet sein.
Auf diese Weise kann das elektronische Element effektiv unter Verwendung des Raums montiert werden, der durch die Abmessung L2 in der Längsrichtung (Stapelrichtung X) des Zellenstapels 101 und die Abmessung H des Gehäuses 133 in der Oben-Untenrichtung definiert ist. Folglich kann von dem elektronischen Element in dem ineffizienten Steuerbetrieb abgestrahlte Wärme über die von dem Gebläseelement 130 geblasene Luft leicht effektiv an den Zellenstapel 101 geliefert werden.
Das elektronische Element, das in dem ineffizienten Steuerbetrieb ineffizient zum Heizen der Zellenmodule 105 betrieben werden kann, kann das Fahrzeug-ESG 103 oder die Batterieüberwachungsvorrichtung 108 sein. In diesem Fall kann das Fahrzeug-ESG 103 oder die Batterieüberwachungsvorrichtung 108 montiert werden, indem der Raum, der durch die Abmessung L2 in der Längsrichtung (Stapelrichtung X) des Zellenstapels 101 und die Abmessung H des Gehäuses 133 in der Oben-Untenrichtung definiert ist, effektiv genutzt wird. Die Form des Fahrzeug-ESG 103 oder der Batterieüberwachungseinheit 108 kann in dem Totraum innerhalb des Kastens des Zellenstapels 101 montiert werden. In diesem Fall kann die Größe der Zellenheizvorrichtung effektiv verringert werden.
(Andere Ausführungsformen)
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, muss bemerkt werden, dass für Fachleute der Technik verschiedene Änderungen und Modifikationen offensichtlich werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Zellenstapel 101, der mit einem Fluid, wie etwa Wasser oder Luft, geheizt werden kann, geeignet als eine Batterie um Liefern von elektrischer Leistung an einen Motor zum Fahren eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs verwendet werden oder kann geeignet für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenfahrzeugs verwendet werden.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist die Anordnungsposition jeder Vorrichtung, die eine Heizung anfordert, nicht begrenzt, um in dem Kühlmittelkreis der Beispiele angeordnet zu werden, sondern kann in jedem (nicht gezeigten) Fluidkreis angeordnet werden. Das heißt, die Vorrichtung, die in dem ineffizienten Steuerbetrieb (Wärmeerhöhungsbetrieb) Wärme von einem elektronischen Element empfängt, kann an jeder Position angeordnet werden, die fähig ist, die von dem elektronischen Element in dem Wärmemanagementsystem erzeugte Wärme zu empfangen.
Zum Beispiel kann das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreises 20 in dem Wärmemanagementsystem mit dem zweiten Kühlmittelkreis 20 zu dem Verbrennungsmotor 11 zirkuliert werden, während es in dem Strahler 24 abgestrahlt wird. In diesem Fall kann der Verbrennungsmotor 11 effektiv gekühlt werden, indem das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreises 20 effektiv genutzt wird. Folglich kann in dem allgemeinen Betrieb des Verbrennungsmotors 11 das Kühlen des Verbrennungsmotors 11 erleichtert werden.
In dem vorstehend beschriebenen Wärmemanagementsystem einer der ersten bis siebten Ausführungsformen ist das Kühlmittel Wasser, und eine wassergekühlte Zelle wird verwendet. Jedoch kann in dem Wärmemanagementsystem jeder der ersten bis siebten Ausführungsformen eine luftgekühlte Zelle verwendet werden. Zum Beispiel kann in dem Wärmemanagementsystem Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreises 20 an den Heizungskern 13 geliefert werden, nachdem es in dem Strahler 24 abgestrahlt wurde, und Luft wird von dem Gebläseelement 130 zu dem Zellenstapel 101 geblasen. In diesem Fall kann die Temperatur des Zellenstapels 101 eingestellt werden, indem das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreises 20 mit dem Betrieb des Strahlers 24 effektiv genutzt wird.
In dem vorstehenden Beispiel von 15 der achten Ausführungsform ist die Ventilatorrotationsachse im Wesentlichen in der horizontalen Richtung positioniert. Jedoch kann sich die Ventilatorrotationsachse 132 entsprechend dem Montagezustand in einem Fahrzeug in einer vertikalen Richtung oder der anderen Richtung erstrecken.
In der vorstehend beschriebenen achten Ausführungsform können die mehreren Zellenmodule 15 mit einem vorgegebenen Spielraum zwischen benachbarten zwei in der Stapelrichtung X, die senkrecht zu der Luftblasrichtung Y ist, angeordnet sein. In diesem Fall strömt die von dem Gebläseelement 130 geblasene Luft durch die mehreren vorgegebenen Spielräume, die sich in der Luftblasrichtung Y erstrecken, und wird von der Auslassöffnung des Zellenstapels 101 ausgelassen. Folglich kann Wärme von den Zellenmodulen 105 unter Verwendung von Luft, die die Spielräume zwischen den Zellenmodulen 105 in dem Zellenstapel 101 durchläuft, effektiv aufgenommen werden.
Es versteht sich, dass derartige Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-265771 A [0002, 0002, 0003]
- JP 7-94202 A [0002, 0002, 0004]

Claims

Wärmemanagementsystem für ein Fahrzeug, das umfasst: eine Schaltstromversorgungsvorrichtung (111); ein elektronisches Element (21, 109, 110), das aufgebaut ist, um eine elektrische Leistung auszugeben, die von der Schaltstromversorgungsvorrichtung eingestellt wird; und eine Steuervorrichtung (120), die aufgebaut ist, um den Betrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung zu steuern, um den Betrieb des elektronischen Elements zu steuern, wobei wenn die Steuervorrichtung eine Heizungsanforderung von wenigstens einer der Vorrichtungen, die eine zum Antreiben des Fahrzeugs verwendete Antriebsvorrichtung und eine zum Durchführen einer Klimatisierung in einem Fahrzeugraum verwendete Klimatisierungsvorrichtung umfassen, empfängt, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in einem Wärmerhöhungsbetrieb betrieben wird, in dem von dem elektronischen Element erzeugte Wärme stärker als in einem gewöhnlichen Betriebszustand erhöht wird, und die erzeugte Wärme an die Antriebsvorrichtung und/oder die Klimatisierungsvorrichtung liefert.
Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung die Anzahl von Übergangszuständen, in denen der elektrische Strom und die elektrische Spannung, die an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegt werden, sich für jeden Übergangszustand mit der Zeit ändern, während des Wärmeerhöhungsbetriebs erhöht, um höher als die in dem allgemeinen Betriebszustand zu sein.
Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung während des Wärmeerhöhungsbetriebs ein Steuersignal an die Schaltstromversorgungsvorrichtung eingibt, in dem eine Antriebsfrequenz und/oder eine relative Einschaltdauer im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht sind/ist.
Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung während des Wärmeerhöhungsbetriebs den elektrischen Strom und/oder die elektrische Spannung, die an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegt werden, im Vergleich zu dem allgemeinen Betriebszustand erhöht.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektronische Element ein Stromrichter (21) und/oder ein Spannungserhöhungswandler (109) und/oder ein Gleichstromwandler (110) ist.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Zellenstapel (101) empfängt, der eine Vorrichtung mit der Heizanforderung ist und aufgebaut ist, um elektrische Leistung an einen Motor (102) zum Fahren eines Fahrzeugs zu liefern, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und die erzeugte Wärme an den Zellenstapel liefert.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Verbrennungsmotor (11) zum Fahren eines Fahrzeugs, der eine Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, empfängt, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und die erzeugte Wärme an den Verbrennungsmotor liefert.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei, wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Motor (102) zum Fahren eines Fahrzeugs empfängt, der eine Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und die erzeugte Wärme an den Motor liefert.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei, wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einer Komponente (50) eines Kältemittelkreislaufs empfängt, die zum Klimatisieren des Fahrzeugraums verwendet wird, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und die erzeugte Wärme an die Komponente des Kältemittelkreislaufs liefert.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei, wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung für einen Heizungskern (13) zum Heizen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, empfängt, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in dem Wärmeerhöhungsbetrieb betrieben wird, und die erzeugte Wärme an den Heizungskern liefert.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner umfasst: einen Fluidkreis (10, 20, 10A, 10B, 10C), in dem ein Fluid zirkuliert, wobei sowohl die Vorrichtung mit der Heizanforderung als auch das elektronische Element sich in dem Fluidkreis befinden, um den Wärmeaustausch mit dem Fluid durchzuführen, und der Fluidkreis aufgebaut ist, um die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme über das Fluid als ein Wärmeübertragungsmedium an die Vorrichtung mit der Heizanforderung zu liefern.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner umfasst: einen ersten Fluidkreis (10), in dem ein Fluid zirkuliert; und einen zweiten Fluidkreis (20), in dem das Fluid zirkuliert, wobei der zweite Fluidkreis mit dem ersten Fluidkreis verbunden ist, so dass er von dem ersten Fluidkreis getrennt ist, wobei die Vorrichtung mit der Heizanforderung sich in dem ersten Fluidkreis befindet, um den Wärmeaustausch mit dem Fluid in dem ersten Fluidkreis durchzuführen, das elektronische Element sich in dem zweiten Fluidkreis befindet, um den Wärmeaustausch mit dem Fluid in dem zweiten Fluidkreis durchzuführen, und die Steuervorrichtung die ersten und zweiten Fluidkreise steuert, um in dem Wärmeerhöhungsbetrieb verbunden zu sein, um die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme über das Fluid als ein Wärmemedium an die Vorrichtung mit der Heizanforderung zu liefern.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei wenn die Steuervorrichtung eine Heizanforderung von einem Zellenstapel des Fahrzeugs, der eine Vorrichtung mit der Heizanforderung ist, empfängt, die Steuervorrichtung einen Fluiddurchgang, durch den ein Heizungskern zum Heizen von Luft, die in den Fahrzeugraum geblasen werden soll, mit dem elektronischen Element verbunden ist, verbindet und die in dem Wärmeerhöhungsbetrieb erzeugte Wärme unter Verwendung von Luft, die von dem Heizungskern geheizt wurde, als ein Wärmeübertragungsmedium an den Zellenstapel liefert.
Wärmemanagementsystem, das umfasst: einen Zellenstapel (101), in dem eine Vielzahl von Zellenmodulen (105) elektrisch verbunden und gestapelt sind, um integriert zu sein; eine Schaltstromversorgungsvorrichtung (111); ein elektronisches Element, das aufgebaut ist, um eine elektrische Leistung auszugeben, die von der Schaltstromversorgungsvorrichtung eingestellt wird, und geeignet ist, die Zellenmodule zu laden und zu entladen oder eine Temperatur der Zellenmodule einzustellen; und eine Steuervorrichtung (120), die aufgebaut ist, um den Betrieb der Schaltstromversorgungsvorrichtung zu steuern und eine Heizung des Zellenstapels durchzuführen, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wobei wenn die Steuervorrichtung erfasst, dass eine Temperatur der Zellenmodule niedriger als eine vorgegebene Temperatur ist, die Steuervorrichtung bewirkt, dass die Schaltstromversorgungsvorrichtung in einem ineffizienten Steuerbetrieb betrieben wird, in dem die Anzahl von Übergangszuständen, in denen der an die Schaltstromversorgungsvorrichtung angelegte elektrische Strom und die elektrische Spannung sich mit der Zeit ändern, für jeden Übergangszustand höher als in dem allgemeinen Betriebszustand ist.
Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 14, wobei die Schaltstromversorgungsvorrichtung ein Leistungselement (111) ist, und die Steuervorrichtung eine Antriebsfrequenz und/oder eine relative Einschaltdauer, die in das Leistungselement eingegeben werden, erhöht, um den ineffizienten Steuerbetrieb durchzuführen.
Wärmemanagementsystem gemäß Anspruch 15, wobei die Steuervorrichtung eine Zunahmemenge der Antriebsfrequenz und/oder der relativen Einschaltdauer, die in das Leistungselement eingegeben werden, basierend auf der Temperatur der Zellenmodule ändert, wenn die Temperatur der Zellenmodule niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Steuervorrichtung unter Verwendung von (a) Zelleninformationen, die eine Temperatur, eine Spannung, einen Strom und einen Innenwiderstand der Zellenmodule umfassen, und/oder (b) Umgebungsinformationen der Zellenmodule einschließlich einer Umgebungstemperatur und/oder (c) Systeminformationen, die eine Temperatur oder einen Betriebszustand der Schaltstromversorgungsvorrichtung oder der elektronischen Vorrichtung umfassen, bestimmt, dass die Temperatur der Zellenmodule niedriger als die vorgegebene Temperatur ist.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das elektronische Element einen Gleichstromwandler (110) umfasst, der zwischen ein elektrisches Hochspannungsleistungssystem mit dem Zellenstapel und ein elektrisches Niederspannungsleistungssystem mit einer Niederspannungsbatterie geschaltet ist, und das elektrische Hochspannungsleistungssystem mit einem Hochspannungsverbraucher verbunden ist, um fähig zu sein, elektrische Leistung zu liefern und zu empfangen, und die Niederspannungsbatterie mit einem Niederspannungsverbraucher verbunden ist, um elektrische Leistung an den Niederspannungsverbraucher zu liefern.
Wärmemanagementsystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Zellenstapel ungefähr eine rechteckige Parallelepipedform hat, wobei das Wärmemanagementsystem ferner umfasst ein Gebläseelement (130), das sich benachbart zu einer Oberfläche (150) des Zellenstapels befindet, wobei das Gebläseelement einen Zentrifugalventilator (134) umfasst, der in einem Gehäuse (133) aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (133) mit einer Ansaugöffnung (136, 137), die in eine Richtung parallel zu einer Längsrichtung der einen Oberfläche (150) des Zellenstapels geöffnet ist, und einem Luftdurchgang (135) versehen ist, der sich in Richtung eines Luftauslasses, der in Richtung des Zellenstapels geöffnet ist, ausdehnt, und das elektronische Element sich auf einer Seite des Gehäuses innerhalb Längsenden (150a, 150b) der einen Oberfläche (150) des Zellenstapels befindet.